2020高考物理 月刊專版 專題3 牛頓定律及其應(yīng)用專家預(yù)測2

1、牛頓定律及其應(yīng)用 (時間:90分鐘滿分:100分)一、選擇題(本題包括10小題,共40分.每小題給出的四個選項中,有的只有一個選項正確,有的有多個選項正確,全部選對的得4分,選對但不全的得2分,錯選或不選的得0分)1.(2020北京模擬)2020年9月25日,“神舟七號”載人飛船成功發(fā)射,設(shè)近地加速時,飛船以5g的加速度勻加速上升,g為重力加速度.則質(zhì)量為m的宇航員對飛船底部的壓力為()A.6mgB.5mgC.4mgD.1mg解析:對宇航員由牛頓運動定律:FNmg=ma,得FN=6mg,再由牛頓第三定律可判定A項正確.答案:A2.吊扇通過吊桿懸掛在屋頂，設(shè)吊扇的重力為G，當(dāng)?shù)跎日＾D(zhuǎn)動時，吊桿

2、對吊扇的拉力為F，則下列說法正確的是()A.F=GB.FGC.FGD.無法確定解析:當(dāng)?shù)跎绒D(zhuǎn)動時，扇葉對空氣的作用力向下，空氣對扇葉的反作用力f向上，則F=Gf，所以FG，選項C正確.答案:C3.引體向上是同學(xué)們經(jīng)常做的一項健身運動.該運動的規(guī)范動作是:兩手正握單杠,由懸垂開始,上拉時,下顎須超過單杠面;下放時,兩臂放直,不能曲臂(如圖3-1所示).這樣上拉下放,重復(fù)動作,達(dá)到鍛煉臂力和腹肌的目的.關(guān)于做引體向上動作時人的受力,以下判斷正確的是()圖3-1A.上拉過程中,人受到兩個力的作用B.上拉過程中,單杠對人的作用力大于人的重力C.下放過程中,單杠對人的作用力小于人的重力D.下放過程中,在

3、某瞬間人可能只受到一個力的作用解析:在上拉過程中,人受到重力和單杠對人的作用力,A正確;上拉過程中,要先加速,后減速,即先超重,后失重,單杠對人的作用力先是大于人的重力后小于人的重力,B錯誤;同理,下放過程中,單杠對人的作用力先是小于人的重力后大于人的重力,C錯誤;剛開始下放的過程中,人加速向下,其加速度可能為重力加速度,此時,人完全失重,單杠對人沒有作用力,即人只受到一個重力的作用,D正確.答案:AD4.如圖3-2所示,兩光滑斜面的傾角分別為30和45,質(zhì)量分別為2m和m的兩個滑塊用不可伸長的輕繩通過滑輪連接(不計滑輪的質(zhì)量和摩擦),分別置于兩個斜面上并由靜止釋放;若交換兩滑塊位置,再由靜止

4、釋放.則在上述兩種情形中正確的有()圖3-2A.質(zhì)量為2m的滑塊受到重力、繩的張力、沿斜面的下滑力和斜面的支持力作用B.質(zhì)量為m的滑塊均沿斜面向上運動C.繩對質(zhì)量為m的滑塊的拉力均大于該滑塊對繩的拉力D.系統(tǒng)在運動中機(jī)械能均守恒解析:因所謂“下滑力”是重力沿斜面向下的分力,在對2m進(jìn)行受力分析時不能把重力與“下滑力”重復(fù)地加在物體上,所以A項錯誤.兩種情況下2m的“下滑力”都比m的“下滑力”大,故m滑塊均向上運動,B項正確.由牛頓第三定律可知,C項錯誤.因斜面光滑,在運動過程中只有重力做功,故系統(tǒng)機(jī)械能守恒,D項正確.答案:BD5.質(zhì)量為m=1 kg的物體靜止在水平面上，物體與水平面之間的動摩

5、擦因數(shù)為=0.2.現(xiàn)對物體施加一個大小變化、方向不變的水平力F，為使物體在3 s時間內(nèi)發(fā)生的位移最大，力F的大小應(yīng)如下面的哪一幅圖所示()圖3-3解析:此題可采用排除法.物體與地面間的滑動摩擦力f=mg=2 N，A、C中第1 s內(nèi)F1 N，物體不會動，比較可知這兩種情況下3 s內(nèi)的位移一定小于D中3 s內(nèi)的位移.B中第1 s內(nèi)加速、第2 s內(nèi)減速、第3 s內(nèi)加速，而D中前2 s內(nèi)一直加速，分析可知B中3 s內(nèi)的位移也比D中3 s內(nèi)的位移小.故選D.答案:D6.(2020山東模擬)如圖3-4所示，A、B是兩個位于固定斜面上的正方體物塊,它們的質(zhì)量相等,F是沿水平方向作用于A上的外力,已知A、B的

6、接觸面,A、B與斜面的接觸面均光滑,下列說法正確的是()圖3-4A.A對B的作用力大于B對A的作用力B.A、B可能沿斜面向下運動C.A、B對斜面的壓力相等D.A、B受的合外力沿水平方向的分力相等解析:由牛頓第三定律可知:A、B間的作用力大小相等、方向相反,故A項錯誤;A、B有可能靜止在斜面上,還有可能沿斜面向上或向下運動,故B項正確;由于水平力F有使A壓緊斜面的效果,可知A對斜面的壓力大于B對斜面的壓力,故C項錯誤;不管A、B做何種性質(zhì)的運動,它們的運動情況相同,它們沿水平方向的分運動的加速度相同,由F合=ma,可知它們受到的合外力沿水平方向的分力相等,故D項正確.答案:BD7.如圖3-5所示

7、,圓柱形的倉庫內(nèi)有三塊長度不同的滑板aO、bO、cO,其下端都固定于底部圓心O,而上端則擱在倉庫側(cè)壁上,三塊滑板與水平面的夾角依次是30、45、60.若有三個小孩同時從a、b、c處開始下滑(忽略阻力),則()圖3-5A.a處小孩最后到O點B.b處小孩最后到O點C.c處小孩最先到O點D.a、c處小孩同時到O點解析:三塊滑板與圓柱形倉庫構(gòu)成的斜面底邊長度均為圓柱形底面半徑,則,當(dāng)=45時,t最小,當(dāng)=30和60時,sin2的值相同,故只有D正確.答案:D8.如圖3-6所示,光滑水平面上放置質(zhì)量分別為m和2m的四個木塊,其中兩個質(zhì)量為m的木塊間用一不可伸長的輕繩相連,木塊間的最大靜摩擦力是mg.現(xiàn)用

8、水平拉力F拉其中一個質(zhì)量為2m的木塊,使四個木塊以同一加速度運動,則輕繩對m的最大拉力為()圖3-6A.B.C.D.3mg解析:對四個木塊組成的整體進(jìn)行受力分析,設(shè)整體加速度為a,水平方向受拉力F的作用,F=6ma;如果對左邊的兩個木塊組成的整體受力分析,水平方向只受拉力T,對左邊質(zhì)量為2m的木塊受力分析,水平方向只受靜摩擦力作用,f=2ma;對除右邊質(zhì)量為2m以外的三個木塊組成的整體受力分析,水平方向只受靜摩擦力作用,由f=4ma,所以,這時整體受到的靜摩擦力最大,f=mg,B正確.答案:B9.一有固定斜面的小車在水平面上做直線運動,小球通過細(xì)繩與車頂相連.小球某時刻正處于圖示狀態(tài).設(shè)斜面對

9、小球的支持力為N,細(xì)繩對小球的拉力為T,關(guān)于此時刻小球的受力情況,下列說法正確的是()圖3-7A.若小車向左運動,N可能為零B.若小車向左運動,T可能為零C.若小車向右運動,N不可能為零D.若小車向右運動,T不可能為零解析:當(dāng)小車具有向右的加速度時,可以是N為零;當(dāng)小車具有向左的加速度時,可以使繩的張力T為零.考生如果不知道這兩種臨界情況,肯定無法解答A的;另外還有注意到是小車具有向左的加速度時,可以有兩種運動情形,即向左加速運動,或向右減速運動.本題難度中等.答案:AB10.如圖3-8,水平地面上有一楔形物體b,b的斜面上有一小物塊a;a與b之間、b與地面之間均存在摩擦.已知楔形物體b靜止時

10、,a靜止在b的斜面上.現(xiàn)給a和b一個共同的向左的初速度,與a和b都靜止時相比,此時可能()圖3-8A.a與b之間的壓力減小,且a相對b向下滑動B.a與b之間的壓力增大,且a相對b向上滑動C.a與b之間的壓力增大,且a相對b靜止不動D.b與地面之間的壓力不變,且a相對b向上滑動解析:當(dāng)楔形物體靜止時,a靜止在b的斜面上,設(shè)a的質(zhì)量為m,楔形物體斜面的傾角為,此時b對a的支持力N=mgcos,現(xiàn)給a和b一個共同向左的初速度,由于摩擦,地面對b產(chǎn)生向右的摩擦力,使b向左做減速運動,因此a、b組成的系統(tǒng)在水平方向上有向右的加速度.如果a、b間的動摩擦因數(shù)較大,使得a、b仍保持相對靜止,此時對水平向右的

11、加速度a沿斜面和垂直于斜面分解,則有Nmgcos=masin,N大于N,b對a的支持力增大,C對;若a、b間的靜摩擦力不足以保證a、b保持相對靜止,則a由于慣性向上滑動,則b對a的動摩擦力,使a相對于b產(chǎn)生沿斜面向下的加速度,a相對于地面的合加速度仍有垂直于斜面向上的分量,因而可得,a對b的壓力相對于不動時增大,B對,A、D錯.答案:BC二、填空與實驗題(本題包括2小題,共20分.把答案填在相應(yīng)的橫線上或按題目要求作答)11.(10分)如圖3-9所示,在傾角為30的斜面上,一輛動力小車沿斜面下滑,在小車下滑的過程中,小車支架上連接著小球的輕繩恰好水平.已知小球的質(zhì)量為m,則小車運動的加速度大小

12、為_,繩對小球的拉力大小為_.圖3-9解析:對小球受力分析如圖,小球的加速度沿斜面向下,由牛頓第二定律得由圖可得:答案:2g12.(10分)某探究性學(xué)習(xí)小組欲探究光滑斜面上物體下滑的加速度與物體質(zhì)量及斜面傾角是否有關(guān).實驗室提供如下器材:A.表面光滑的長木板(長度為L);B.小車;C.質(zhì)量為m的鉤碼若干個;D.方木塊(備用于墊木板);E.米尺;F.秒表.實驗過程:第一步,在保持斜面傾角不變時,探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系.實驗中,通過向小車放入鉤碼來改變物體質(zhì)量,只要測出小車由斜面頂端滑至底端所用時間t,就可以由公式a=_求出a.某同學(xué)記錄的數(shù)據(jù)如下表所示:質(zhì)量時間次數(shù)MM+mM+2m11.421.

13、411.42 21.401.421.3931.41 1.381.42根據(jù)以上信息,我們發(fā)現(xiàn),在實驗誤差范圍內(nèi)質(zhì)量改變之后平均下滑時間_(填“改變”或“不改變”),經(jīng)過分析得出加速度與質(zhì)量的關(guān)系為_.第二步,在物體質(zhì)量不變時,探究加速度與傾角的關(guān)系.實驗中通過改變方木塊墊放位置來調(diào)整長木板的傾角,由于沒有量角器,因此通過測量出木板頂端到水平面高度h,求出傾角的正弦值sin=h/L.某同學(xué)記錄了高度和加速度的對應(yīng)值,并在坐標(biāo)紙上建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)軸后描點作圖如圖3-10,請根據(jù)他所作的圖線求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=_ m/s2.進(jìn)一步分析可知,光滑斜面上物體下滑的加速度與傾角的關(guān)系為_.圖3-10解析:

14、斜面長度L已知,測出小車由斜面頂端運動到斜面底端的時間t,由得分析表中數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)小車質(zhì)量改變時,下滑時間不變(略有不同是因為實驗中存在誤差),因此加速度與質(zhì)量無關(guān).小車沿光滑斜面下滑時,受力如圖.則ma=mgsin所以a=gsin(可見與質(zhì)量無關(guān))則asin圖象中圖線的斜率表示g的大小.由圖象中取兩點,讀出其橫、縱坐標(biāo)(sin1,a1)、(sin2,a2),那么例如答案:不改變無關(guān)9.80a=gsin三、計算題(本題包括4小題,共40分.解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟,只寫出最后答案的不能得分.有數(shù)值計算的題目,答案中必須明確寫出數(shù)值和單位)13.(8分)如圖3-11所示，固定

15、在水平面上的斜面傾角=37，長方體木塊A的MN面上釘著一顆小釘子，質(zhì)量m=1.5 kg的小球B通過一細(xì)線與小釘子相連接，細(xì)線與斜面垂直，木塊與斜面間的動摩擦因數(shù)=0.50.現(xiàn)將木塊由靜止釋放，木塊將沿斜面下滑.求在木塊下滑的過程中小球?qū)δ緣KMN面的壓力.(取g=10 m/s2，sin37=0.6，cos37=0.8)圖3-11解析:由于木塊與斜面間有摩擦力的作用，所以小球B與木塊間有壓力的作用，并且它們以共同的加速度a沿斜面向下運動.將小球和木塊看做一個整體，設(shè)木塊的質(zhì)量為M，根據(jù)牛頓第二定律可得 (M+m)gsin(M+m)gcos=(M+m)a代入數(shù)據(jù)得a=2.0 m/s2選小球為研究對象

16、，設(shè)MN面對小球的作用力為FN，根據(jù)牛頓第二定律有mgsinFN=ma代入數(shù)據(jù)得FN6.0 N根據(jù)牛頓第三定律，小球?qū)N面的壓力大小為6.0 N，方向沿斜面向下.答案:6.0 N，方向沿斜面向下14.(10分)(2020安徽皖南八校二聯(lián),24)質(zhì)量為m=1.0 kg的小滑塊(可視為質(zhì)點)放在質(zhì)量為m=3.0 kg的長木板的右端,木板上表面光滑,木板與地面之間的動摩擦因數(shù)為=0.2,木板長L=1.0 m開始時兩者都處于靜止?fàn)顟B(tài),現(xiàn)對木板施加水平向右的恒力F=12 N,如圖3-12所示,為使小滑塊不掉下木板,試求:(g取10 m/s2)圖3-12(1)水平恒力F作用的最長時間;(2)水平恒力F做

17、功的最大值.解析:(1)撤力前木板加速,設(shè)加速過程的位移為x1,加速度為a1,加速運動的時間為t1;撤力后木板減速,設(shè)減速過程的位移為x2,加速度為a2,減速運動的時間為t2.由牛頓第二定律得撤力前:F(m+M)g=Ma1(1分)解得(1分)撤力后:(m+M)g=Ma2(1分)解得(1分)(1分)為使小滑塊不從木板上掉下,應(yīng)滿足x1+x2L(1分)又a1t1=a2t2 (1分)由以上各式可解得t11 s所以水平恒力作用的最長時間為1 s.(1分)(2)由上面分析可知,木板在拉力F作用下的最大位移(1分)可得F做功的最大值(1分)答案:(1)1 s(2)8 J15.(10分)將金屬塊m用壓縮的輕

18、質(zhì)彈簧卡在一個矩形的箱中,如圖3-13所示,在箱的上頂板和下底板裝有壓力傳感器,箱可以沿豎直軌道運動.當(dāng)箱以a=2.0 m/s2的加速度豎直向上做勻減速運動時,上頂板的傳感器顯示的壓力為6.0 N,下底板的傳感器顯示的壓力為10.0 N.(取g=10 m/s2)圖3-13(1)若上頂板傳感器的示數(shù)是下底板傳感器示數(shù)的一半,試判斷箱的運動情況.(2)使上頂板傳感器的示數(shù)為零,箱沿豎直方向運動的情況可能是怎樣的?解析:上頂板傳感器顯示的示數(shù)為上頂板對金屬塊的彈力,設(shè)為F上,下底板傳感器顯示的示數(shù)為彈簧的彈力,設(shè)為F下.當(dāng)箱豎直向上做勻減速運動時,則有F上F下+mg=ma即(1)當(dāng)上頂板傳感器的示數(shù)為下底板傳感器示數(shù)的一半時箱的加速度為a1,因為彈簧長度不變,所以F下不變,則有因此,箱處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài).(2)當(dāng)上頂板傳感器的示數(shù)為零時,設(shè)此時箱的加速度為a2,并取豎直向下為正方向,則有因此,此時箱的加速度豎直向上,由此得,箱可能向上做勻加速運動,也可能向下做勻減速運動.答案:(1)箱處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)(2)箱可能向上做勻加速運動,也可能向下做勻減速運動16.(12分)雜技演員在進(jìn)行“頂竿”表演時,用的是一根質(zhì)量可忽略不計的長竹竿.質(zhì)量為m=