2022屆高三物理精準(zhǔn)提升專練4 牛頓運(yùn)動(dòng)定律及其應(yīng)用

1、專練專練4 牛頓運(yùn)動(dòng)定律及其應(yīng)用?？碱}型?？碱}型1.應(yīng)用1.應(yīng)用 動(dòng)力學(xué)中的兩類(lèi)基本問(wèn)題 例1(2021廣東卷13)算盤(pán)是我國(guó)古老的計(jì)算工具，中心帶孔的相同算珠可在算盤(pán)的固定導(dǎo)桿上滑動(dòng)，使用前算珠需要?dú)w零，如圖所示，水平放置的算盤(pán)中有甲、乙兩顆算珠未在歸零位置，甲靠邊框b，甲、乙相隔s13.5102 m，乙與邊框a相隔s22.0102 m，算珠與導(dǎo)桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.1?，F(xiàn)用手指將甲以0.4 m/s的初速度撥出，甲、乙碰撞后甲的速度大小為0.1 m/s，方向不變，碰撞時(shí)間極短且不計(jì)，重力加速度g取10 m/s2。(1)通過(guò)計(jì)算，判斷乙算珠能否滑動(dòng)到邊框a；(2)求甲算珠從撥出到停下所需的時(shí)間。

2、【解析】(1)由牛頓第二定律可得，甲乙滑動(dòng)時(shí)均有：fmgma則甲乙滑動(dòng)時(shí)的加速度大小均為ag1 m/s2甲與乙碰前的速度v1，則：v02v122as1解得v10.3 m/s甲乙碰撞時(shí)由動(dòng)量守恒定律：mv1mv2mv3解得碰后乙的速度v30.2 m/s然后乙做減速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)速度減為零時(shí)則可知乙恰好能滑到邊框a。(2)甲與乙碰前運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，碰后甲運(yùn)動(dòng)的時(shí)間則甲運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間tt1t20.2 s。2.應(yīng)用2.應(yīng)用傳送帶與板塊模型 例1例2(2021全國(guó)乙卷8)水平地面上有一質(zhì)量為m1的長(zhǎng)木板，木板的左明上有一質(zhì)量為m2的物塊，如圖（a）所示。用水平向右的拉力F作用在物塊上，F(xiàn)隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖（b）

3、所示，其中F1、F2分別為t1、t2時(shí)刻F的大小。木板的加速度a1隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖（c）所示。已知木板與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為1，物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為2，假設(shè)最大靜摩擦力均與相應(yīng)的滑動(dòng)摩擦力相等，重力加速度大小為g。則（）AF11m1gBCD在0t2時(shí)間段物塊與木板加速度相等【答案】BCD【解析】圖（c）可知，t1時(shí)滑塊木板一起剛在從水平滑動(dòng)，此時(shí)滑塊與木板相對(duì)靜止，木板剛要滑動(dòng)，此時(shí)以整體為對(duì)象有F11(m1m2)g，故A錯(cuò)誤；圖（c）可知，t2滑塊與木板剛要發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，以整體為對(duì)象， 根據(jù)牛頓第二定律，有F21(m1m2)g(m1m2)，以木板為對(duì)象，根據(jù)牛頓第二定律，有2m2

4、g1(m1m2)gm1a0，解得，故BC正確；圖（c）可知，0t2這段時(shí)間滑塊與木板相對(duì)靜止，所以有相同的加速度，故D正確。對(duì)點(diǎn)速練對(duì)點(diǎn)速練1如圖所示，物體A、B由跨過(guò)定滑輪且不可伸長(zhǎng)的輕繩連接，由靜止開(kāi)始釋放，在物體A加速下降的過(guò)程中，下列判斷正確的是()A物體A和物體B均處于超重狀態(tài)B物體A和物體B均處于失重狀態(tài)C物體A處于超重狀態(tài)，物體B處于失重狀態(tài)D物體A處于失重狀態(tài)，物體B處于超重狀態(tài)【答案】D【解析】A加速下降，則加速度向下，輕繩的拉力小于重力，故A處于失重狀態(tài)；同時(shí)B加速上升，則加速度向上，輕繩的拉力大于重力，故B處于超重狀態(tài)。故A、B、C錯(cuò)誤，D正確。2一固定在水平面上傾角為的

5、粗糙斜面上有一個(gè)電動(dòng)平板小車(chē)，小車(chē)的支架OAB上在O點(diǎn)用輕繩懸掛一個(gè)小球，桿AB垂直于小車(chē)板面（小車(chē)板面與斜面平行）。當(dāng)小車(chē)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同時(shí)，懸掛小球的輕繩會(huì)呈現(xiàn)不同的狀態(tài)，下列關(guān)于小車(chē)在不同運(yùn)動(dòng)形式下，輕繩呈現(xiàn)狀態(tài)的說(shuō)法中正確的是( )A若小車(chē)沿斜面勻速向上運(yùn)動(dòng)，輕繩一定與AB桿平行B若小車(chē)沿斜面勻加速向上運(yùn)動(dòng)，輕繩可能沿豎直方向C若小車(chē)沿斜面勻減速向下運(yùn)動(dòng)，輕繩可能與AB桿平行D若小車(chē)沿斜面勻加速向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，輕繩可能與AB桿平行【答案】D【解析】若小車(chē)沿斜面勻速向上運(yùn)動(dòng)，則小球也跟著車(chē)勻速，其合力必為零，故小球所受的重力和繩的拉力平衡，則繩的拉力豎直向上，大小為mg，其方向不可能與AB平行，

6、故A錯(cuò)誤；若小車(chē)沿斜面勻加速向上運(yùn)動(dòng)，則球向上勻加速，其加速度沿斜面向上，而輕繩的拉力沿豎直方向就不可能和重力產(chǎn)生斜向上的加速度，故B錯(cuò)誤；若輕繩與AB桿平行，對(duì)球受力分析，如圖所示，由牛頓第二定律可知，拉力和重力的合力在斜面方向只能是向下，即加速度向下，對(duì)應(yīng)的小車(chē)的加速度斜向下，小車(chē)的運(yùn)動(dòng)有斜向下加速或斜向上減速，故C錯(cuò)誤，D正確。3如圖所示，質(zhì)量為m的球置于斜面上，被一個(gè)豎直擋板擋住。現(xiàn)用一個(gè)水平向右的力F拉斜面，使斜面在水平面上向右做加速度為a的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，忽略一切摩擦，下列說(shuō)法正確的是()A斜面和擋板對(duì)球的彈力的合力等于maB若加速度足夠大，斜面對(duì)球的彈力可能為零C若加速度足夠小，

7、則豎直擋板對(duì)球的彈力可能為零D若加速度不斷的增大，斜面對(duì)球不僅有彈力，而且該彈力是一個(gè)定值【答案】D【解析】以小球?yàn)檠芯繉?duì)像，分析受力情況，如圖，受重力mg、豎直擋板對(duì)球的彈力F2和斜面的彈力F1。根據(jù)牛頓第二定律知小球所受的合力為ma，即重力、斜面和擋板對(duì)球的彈力三個(gè)力的合力等于ma，面和擋板對(duì)球的彈力的合力不等于ma，故A錯(cuò)誤；設(shè)斜面的加速度大小為a，根據(jù)牛頓第二定律得豎直方向F1cos mg，水平方向F2F1sin ma，由看出，斜面對(duì)球的彈力F1大小不變，與加速度無(wú)關(guān)，不可能為零。由看出，若加速度足夠小時(shí)，F(xiàn)2F1sin mgtan 0，故BC錯(cuò)誤；若F增大，a增大，斜面的彈力F1大小

8、不變，故D正確。4如圖甲所示，一質(zhì)量為M的長(zhǎng)木板靜置于光滑水平面上，其上放置一質(zhì)量為m的小滑塊，木板受到隨時(shí)間t變化的水平拉力F作用時(shí)，用傳感器測(cè)出其加速度a，得到如圖乙所示的aF圖，最大靜摩擦力近似等于滑動(dòng)摩擦力，取g10 m/s2，則下列選項(xiàng)錯(cuò)誤的是()A滑塊的質(zhì)量m4 kgB木板的質(zhì)量M2 kgC當(dāng)F8 N時(shí)滑塊加速度為2 m/s2D滑塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù)為0.1【答案】C【解析】由題圖乙知，F(xiàn)6 N時(shí)，滑塊與木板剛好不相對(duì)滑動(dòng)，加速度為a1 m/s2，對(duì)整體分析，由牛頓第二定律有F(Mm)a，代入數(shù)據(jù)計(jì)算得出Mm6 kg，當(dāng)F6 N時(shí)，對(duì)木板，根據(jù)牛頓第二定律得，圖線的斜率keq f(

9、1,2)，則M2 kg，滑塊的質(zhì)量m4 kg，故A、B正確；根據(jù)F6 N時(shí)，a1 m/s2，代入表達(dá)式計(jì)算得出0.1，D正確；當(dāng)F8 N時(shí)，對(duì)滑塊，根據(jù)牛頓第二定律得mgma，計(jì)算得出ag1 m/s2，故C錯(cuò)誤。本題選錯(cuò)誤的，故選C。5(多選)如圖所示，某人從距水面一定高度的平臺(tái)上做蹦極運(yùn)動(dòng)。勁度系數(shù)為k的彈性繩一端固定在人身上，另一端固定在平臺(tái)上。人從靜止開(kāi)始豎直跳下，在其到達(dá)水面前速度減為零。運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，彈性繩始終處于彈性限度內(nèi)。取與平臺(tái)同高度的O點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以豎直向下為y軸正方向，忽略空氣阻力，人可視為質(zhì)點(diǎn)。從跳下至第一次到達(dá)最低點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，用v、a、t分別表示人的速度、加速度和下

10、落時(shí)間。下列描述v與t、a與y的關(guān)系圖像可能正確的是() 【答案】AD【解析】從跳下至第一次到達(dá)最低點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，繩子拉直前，人先做自由落體運(yùn)動(dòng)，圖線為勻變速直線運(yùn)動(dòng)，vt圖線斜率恒定；繩子拉直后在彈力等于重力之前，人做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng)，vt圖線斜率減??；彈力等于重力之后，人開(kāi)始減速運(yùn)動(dòng)，彈力增大加速度逐漸增大，vt圖線斜率逐漸增大，直到速度減到零，所以A正確，B錯(cuò)誤；從跳下至第一次到達(dá)最低點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，繩子拉直前，人先做自由落體運(yùn)動(dòng)，加速度恒定；繩子拉直后在彈力等于重力之前，隨著彈力增大，人做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng)，加速度減小，設(shè)向下運(yùn)動(dòng)的位置為y，繩子剛產(chǎn)生彈力時(shí)位置為y0，

11、則mgk(yy0)ma，則加速度為，彈力等于重力之后，人開(kāi)始減速運(yùn)動(dòng)，k(yy0)mgma，則加速度為，所以，a與y的關(guān)系圖線斜率是恒定的，故D正確，C錯(cuò)誤。6(多選)傳送帶在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中都有著廣泛的應(yīng)用。如圖甲，傾角為的傳送帶以恒定速率逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，現(xiàn)將m2 kg的貨物放在傳送帶上的A點(diǎn)，貨物與傳送帶的速度v隨時(shí)間t變化的圖像如圖乙，整個(gè)過(guò)程傳送帶是繃緊的，貨物經(jīng)過(guò)1.2 s到達(dá)B點(diǎn)，已知重力加速度g10 m/s2。下列說(shuō)法正確的是()A貨物在0.21.2 s內(nèi)的加速度大小為1 m/s2BA、B兩點(diǎn)的距離為1.5 mC貨物從A運(yùn)動(dòng)到B的過(guò)程中，貨物與傳送帶間因摩擦產(chǎn)生的熱量為2.4

12、JD貨物從A運(yùn)動(dòng)到B的過(guò)程中，傳送帶對(duì)貨物做的功為6.4 J【答案】AC【解析】由vt圖像可知，貨物在00.2 s時(shí)間內(nèi)在傳送帶上以加速度a1做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，a1eq f(v,t)5 m/s2，受向下的摩擦力，重力和支持力，由牛頓第二定律得mgsin fma1，fmgcos ；貨物在0.21.2 s時(shí)間內(nèi)的加速度a21 m/s2，受向上的摩擦力，重力和支持力，有mgsin fma2，聯(lián)立解得f4 N；由vt圖像中圖線與時(shí)間軸所圍的面積表示位移知，00.2 s時(shí)間內(nèi)貨物的位移x10.1 m，皮帶位移x皮0.2 m，相對(duì)位移x1x皮x10.1 m，0.21.2 s時(shí)間內(nèi)貨物的位移x21.5 m，

13、x皮21 m，相對(duì)位移x2x2x皮20.5 m，故兩者之間的總相對(duì)位移xx1x20.6 m，貨物的總位移xABx1x21.6 m，貨物與傳送帶摩擦產(chǎn)生的熱量QWfx2.4 J，故AC正確，B錯(cuò)誤；00.2 s時(shí)間內(nèi)物體受摩擦力方向向下，摩擦力做正功，Wf1fx10.4 J，0.21.2 s時(shí)間內(nèi)物體受摩擦力方向向上，摩擦力做負(fù)功，Wf2fx26 J，所以整個(gè)過(guò)程，傳送帶對(duì)貨物做功大小為6 J0.4 J5.6 J，故D錯(cuò)誤。7(多選)一塊足夠長(zhǎng)的白板，位于水平桌面上，處于靜止?fàn)顟B(tài)，一石墨塊(可視為質(zhì)點(diǎn))靜止在白板上，石墨塊與白板間有摩擦，滑動(dòng)摩擦系數(shù)為。突然，使白板以恒定的速度v0做勻速直線運(yùn)動(dòng)

14、，石墨塊將在板上劃下黑色痕跡。經(jīng)過(guò)某段時(shí)間t，令白板突然停下，以后不再運(yùn)動(dòng)。在最后石墨塊也不再運(yùn)動(dòng)時(shí)，白板上黑色痕跡的長(zhǎng)度可能是(已知重力加速度為g，不計(jì)石墨與板摩擦劃痕過(guò)程中損失的質(zhì)量)()A B Cv0teq f(1,2)gt2 Dv0t【答案】AC【解析】在時(shí)間t內(nèi)，石墨可能一直勻加速，也可能先加速后勻速。石墨加速時(shí)，根據(jù)牛頓第二定律得ag，如果時(shí)間t內(nèi)一直加速，加速的位移x1eq f(1,2)gt2，故相對(duì)白板的位移x1v0tx1v0teq f(1,2)gt2；如果先加速，后勻速，位移，故相對(duì)白板的位移x2v0tx2；如果加速的末速度恰好等于v0，則x3，故相對(duì)白板的位移x3v0tx3

15、v0t。經(jīng)過(guò)時(shí)間t后，白板靜止后，石墨做減速運(yùn)動(dòng)，加速度大小不變，故相對(duì)白板沿原路返回，故白板上黑色痕跡的長(zhǎng)度等于加速時(shí)相對(duì)薄板的位移。故AC正確。8有一個(gè)推礦泉水瓶的游戲節(jié)目，規(guī)則是：選手們從起點(diǎn)開(kāi)始用力推瓶一段時(shí)間后，放手讓瓶向前滑動(dòng)，若瓶最后停在桌上有效區(qū)域內(nèi)，視為成功；若瓶最后末停在桌上有效區(qū)域內(nèi)或在滑行過(guò)程中倒下，均視為失敗。其簡(jiǎn)化模型如圖所示，AC是長(zhǎng)度為L(zhǎng)15 m的水平桌面，選手們可將瓶子放在A點(diǎn)，從A點(diǎn)開(kāi)始用一恒定不變的水平推力推瓶，BC為有效區(qū)域。已知BC長(zhǎng)度L21 m，瓶子質(zhì)量m1 kg，瓶子與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.2。某選手作用在瓶子上的水平推力F10 N，瓶子沿AC做直

16、線運(yùn)動(dòng)，假設(shè)瓶子可視為質(zhì)點(diǎn)，滑行過(guò)程中未倒下，g取10 m/s2，那么該選手要想游戲獲得成功，試問(wèn)：(1)推力作用在瓶子上的時(shí)間最長(zhǎng)不得超過(guò)多少？(2)推力作用在瓶子上的距離最小為多少？【解析】(1)要想獲得游戲成功，瓶滑到C點(diǎn)速度正好為0，力作用時(shí)間最長(zhǎng)，設(shè)最長(zhǎng)作用時(shí)間為t1，有力作用時(shí)瓶的加速度為a1，t1時(shí)刻瓶的速度為v，力停止后加速度為a2，由牛頓第二定律得：Fmgma1mgma2加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的位移減速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的位移位移關(guān)系滿足：x1x2L1，va1t1由以上各式解得：t10.5 s。(2)要想游戲獲得成功，瓶滑到B點(diǎn)速度正好為零，力作用距離最小，設(shè)最小距離為d，則：，v22a1d

17、 聯(lián)立解得：d0.8 m。9(12分)如圖所示，在水平地面上建立x軸，有一個(gè)質(zhì)量m1 kg的木塊(可視為質(zhì)點(diǎn))放在質(zhì)量M2 kg的長(zhǎng)木板的左端A點(diǎn)，木板長(zhǎng)L2 m。已知木板與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)10.1，木塊與長(zhǎng)木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)20.5(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力)。開(kāi)始時(shí)木塊與長(zhǎng)木板保持相對(duì)靜止共同向右運(yùn)動(dòng)，已知木板的左端A點(diǎn)經(jīng)過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)O時(shí)的速度為v05 m/s，在xp10 m處有一固定擋板，木板B端與擋板發(fā)生彈性碰撞后立即反向彈回，g取10 m/s2，求：(1)木板與擋板碰撞時(shí)的速度大小v；(2)木塊最終停止運(yùn)動(dòng)時(shí)的位置坐標(biāo)?！窘馕觥?1)由題意可知，木板碰擋板前，木塊和木板組成的系

18、統(tǒng)保持相對(duì)靜止向右勻減速運(yùn)動(dòng)，加速度大小為a11g1 m/s2設(shè)木板碰擋板時(shí)的速度為v，則有v2v022(a1)s其中sxPL8 m解得：v3 m/s。(2)木塊運(yùn)動(dòng)分幾個(gè)過(guò)程：過(guò)程1：共同向右減速到3 m/s，加速度大小a11g1m/s2，位移x18 m，方向向右；過(guò)程2：碰后向右減速到零再反向加速到與木板共速，木塊的加速度大小a22g5 m/s2木板的加速度大小m/s2設(shè)二者達(dá)到共速所用時(shí)間為t1，共同速度為v1，可得v1va2t(va3t)解得：s，v1s（方向向左）木塊的位移為m，方向向右；過(guò)程3：木塊和木板共同向左減速至停下，加速度大小為a41g1m/s2位移m，方向向左所以木塊的最終坐標(biāo)為m。10某工廠用傾角為37的傳送帶把貨物由低處運(yùn)送到高處，已知傳送帶總長(zhǎng)L50 m，正常運(yùn)轉(zhuǎn)的速度v4 m/s。一次工人剛把M10 kg的貨物放到傳送帶上的A處時(shí)停電了，為了不影響工作的進(jìn)度，工人拿來(lái)一塊m5 kg帶有掛鉤的木板，把貨物放到木板上，通過(guò)定滑輪用繩子把木板拉上去。貨物與木板及木板與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為0.8。（物塊與木板均可看成質(zhì)點(diǎn)