(新高考)高考物理一輪復(fù)習(xí)課時(shí)作業(yè)第3章第3講《牛頓運(yùn)動(dòng)定律的綜合應(yīng)用》(含解析)

第3講牛頓運(yùn)動(dòng)定律的綜合應(yīng)用時(shí)間：60分鐘滿分：100分一、選擇題(本題共10小題，每小題7分，共70分。其中1～7題為單選，8～10題為多選)1．(2020·山東省泰安市模擬)下列說法正確的是()A．體操運(yùn)動(dòng)員雙手握住單杠吊在空中不動(dòng)時(shí)處于失重狀態(tài)B．蹦床運(yùn)動(dòng)員在空中上升和下落過程中都處于失重狀態(tài)C．舉重運(yùn)動(dòng)員在舉起杠鈴后不動(dòng)的那段時(shí)間內(nèi)處于超重狀態(tài)D．游泳運(yùn)動(dòng)員仰臥在水面靜止不動(dòng)時(shí)處于失重狀態(tài)答案B解析體操運(yùn)動(dòng)員雙手握住單杠吊在空中不動(dòng)時(shí)處于靜止?fàn)顟B(tài)，蹦床運(yùn)動(dòng)員在空中上升和下落過程中加速度都向下，都處于失重狀態(tài)，A錯(cuò)誤，B正確；舉重運(yùn)動(dòng)員在舉起杠鈴后不動(dòng)的那段時(shí)間內(nèi)處于靜止?fàn)顟B(tài)，游泳運(yùn)動(dòng)員仰臥在水面靜止不動(dòng)時(shí)處于靜止?fàn)顟B(tài)，C、D錯(cuò)誤。2.(2020·遼寧省遼陽市高三(下)二模)如圖所示，一輕繩繞過光滑的輕質(zhì)定滑輪，一端掛一水平托盤，另一端被托盤上的人拉住，滑輪兩側(cè)的輕繩均沿豎直方向。已知人的質(zhì)量為60kg，托盤的質(zhì)量為20kg，取g＝10m/s2。若托盤隨人一起豎直向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，則當(dāng)人的拉力與自身所受重力大小相等時(shí)，人與托盤的加速度大小為()A．5m/s2 B.6m/s2C.7.5m/s2 D.8m/s2答案A解析設(shè)人的質(zhì)量為M，則輕繩的拉力大小T＝Mg，設(shè)托盤的質(zhì)量為m，對(duì)人和托盤整體，根據(jù)牛頓第二定律有2T－(M＋m)g＝(M＋m)a，聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得a＝5m/s2，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤。3.(2020·山西省八校高三上第一次聯(lián)考)如圖所示，材料相同的物體A、B由輕繩連接，質(zhì)量分別為m1和m2，且m1≠m2，在恒定拉力F的作用下沿斜面向上加速運(yùn)動(dòng)。則()A．輕繩拉力的大小與斜面的傾角θ有關(guān)B．輕繩拉力的大小與物體和斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ有關(guān)C．輕繩拉力的大小與兩物體的質(zhì)量m1和m2有關(guān)D．若改用F沿斜面向下拉連接體，輕繩拉力的大小不變答案C解析以物體A、B及輕繩整體為研究對(duì)象，根據(jù)牛頓第二定律得：F－(m1＋m2)gsinθ－μ(m1＋m2)gcosθ＝(m1＋m2)a，解得a＝eq\f(F,m1＋m2)－gsinθ－μgcosθ，再對(duì)B隔離分析，根據(jù)牛頓第二定律得T－m2gsinθ－μm2gcosθ＝m2a，聯(lián)立解得T＝eq\f(m2F,m1＋m2)，可知繩子的拉力與斜面的傾角θ無關(guān)，與物體和斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ無關(guān)，與兩物體的質(zhì)量m1和m2有關(guān)，A、B錯(cuò)誤，C正確；若改用F沿斜面向下拉連接體，以物體A、B及輕繩整體為研究對(duì)象，根據(jù)牛頓第二定律得F＋(m1＋m2)gsinθ－μ(m1＋m2)gcosθ＝(m1＋m2)a′，解得a′＝eq\f(F,m1＋m2)＋gsinθ－μgcosθ，再對(duì)A隔離分析，根據(jù)牛頓第二定律得T′＋m1gsinθ－μm1gcosθ＝m1a′，聯(lián)立解得T′＝eq\f(m1F,m1＋m2)，可知輕繩拉力的大小改變，D錯(cuò)誤。4.如圖所示，一質(zhì)量為M的楔形木塊A放在水平桌面上，它的頂角為90°，兩底角分別為α和β；a、b為兩個(gè)位于斜面上質(zhì)量均為m的小木塊，已知所有接觸面都光滑，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)a、b沿斜面下滑，而楔形木塊靜止不動(dòng)，這時(shí)楔形木塊對(duì)水平桌面的壓力等于()A．Mg＋mg B.Mg＋2mgC．Mg＋mg(sinα＋sinβ) D.Mg＋mg(cosα＋cosβ)答案A解析取a、b、A整體為研究對(duì)象，其豎直方向受力情況及系統(tǒng)內(nèi)各物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如圖所示。以豎直向上為正方向，在豎直方向上由牛頓第二定律得：FN－(M＋2m)g＝M·0＋ma1y＋ma2y。其中，a1y＝－gsin2α，a2y＝－gsin2β，得水平桌面對(duì)楔形木塊的支持力FN＝Mg＋mg，由牛頓第三定律得A正確。5．(2020·福建省漳州市二校高三上學(xué)期第一次聯(lián)考)放在固定粗糙斜面上的滑塊A以加速度a1沿斜面勻加速下滑，如圖甲所示。在滑塊A上放一物體B，物體B始終與A保持相對(duì)靜止，以加速度a2沿斜面勻加速下滑，如圖乙所示。在滑塊A上施加一豎直向下的恒力F，滑塊A以加速度a3沿斜面勻加速下滑，如圖丙所示。則()A．a(chǎn)1＝a2＝a3 B.a1<a2＝a3C．a(chǎn)1＝a2<a3 D.a1<a2<a3答案C解析設(shè)滑塊A的質(zhì)量為m，物體B的質(zhì)量為m′，圖甲中A的加速度為a1，則有mgsinθ－μmgcosθ＝ma1，解得a1＝gsinθ－μgcosθ；圖乙中A、B的加速度為a2，則有(m＋m′)gsinθ－μ(m＋m′)gcosθ＝(m＋m′)a2，解得a2＝gsinθ－μgcosθ；圖丙中A的加速度為a3，則有(mg＋F)sinθ－μ(mg＋F)cosθ＝ma3，解得a3＝eq\f(mg＋Fsinθ－μmg＋Fcosθ,m)，故a1＝a2＜a3，C正確。6.(2020·福建省仙游第一中學(xué)、福建八中高三上學(xué)期第三次質(zhì)檢)如圖所示，物體A疊放在物體B上，B置于光滑水平面上，A、B質(zhì)量分別為mA＝6kg、mB＝2kg，A、B之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.2，設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力。現(xiàn)對(duì)A施加一水平力F，則A、B的加速度可能是(g取10m/s2)()A．a(chǎn)A＝6m/s2，aB＝2m/s2B．a(chǎn)A＝2m/s2，aB＝6m/s2C．a(chǎn)A＝8m/s2，aB＝4m/s2D．a(chǎn)A＝10m/s2，aB＝6m/s2答案D解析對(duì)B而言，當(dāng)A、B間的摩擦力達(dá)到最大值時(shí)，加速度達(dá)到最大，fm＝μmAg＝12N，則B的最大加速度a＝eq\f(μmAg,mB)＝eq\f(12,2)m/s2＝6m/s2。當(dāng)aB＜6m/s2時(shí)，fAB＜fm，aA＝aB；當(dāng)aB＝6m/s2時(shí)，fAB＝fm，aA≥aB，故A、B、C錯(cuò)誤，D正確。7．如圖所示，將小砝碼置于桌面上的薄紙板上，用水平向右的拉力將紙板迅速抽出，砝碼的移動(dòng)很小，幾乎觀察不到，這就是大家熟悉的慣性演示實(shí)驗(yàn)。若砝碼和紙板的質(zhì)量分別為2m和m，各接觸面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ。重力加速度為g，最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力。要使紙板相對(duì)砝碼運(yùn)動(dòng)，所需拉力的大小應(yīng)大于()A．3μmg B.4μmgC.5μmg D.6μmg答案D解析當(dāng)紙板相對(duì)砝碼運(yùn)動(dòng)時(shí)，設(shè)砝碼的加速度為a1，紙板的加速度為a2，根據(jù)牛頓第二定律，對(duì)砝碼有f1＝μ·2mg＝2ma1，得a1＝μg，對(duì)紙板有F－f1－f2＝ma2，其中f2＝μ·3mg，二者發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)需要紙板的加速度大于砝碼的加速度，即a2＞a1，所以F＝f1＋f2＋ma2＞f1＋f2＋ma1＝μ·2mg＋μ·3mg＋μmg＝6μmg，即F＞6μmg，D正確。8.(2021·八省聯(lián)考湖南卷)如圖，三個(gè)質(zhì)量均為1kg的物體A、B、C疊放在水平桌面上，B、C用不可伸長的輕繩跨過一光滑輕質(zhì)定滑輪連接，A與B之間、B與C之間的接觸面以及輕繩均與桌面平行，A與B之間、B與C之間以及C與桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)分別為0.4、0.2和0.1，重力加速度g取10m/s2，設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力。用力F沿水平方向拉物體C，以下說法正確的是()A．拉力F小于11N時(shí)，不能拉動(dòng)CB．拉力F為17N時(shí)，輕繩的拉力為4NC．要使A、B保持相對(duì)靜止，拉力F不能超過23ND．A的加速度將隨拉力F的增大而增大答案AC解析當(dāng)物體C即將運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體C在水平方向受到桌面給C的向右的摩擦力f桌、繩子向右的拉力T、B給C向右的摩擦力fBC，其中f桌＝0.1(mA＋mB＋mC)g＝3N，fBC＝0.2(mA＋mB)g＝4N，當(dāng)即將滑動(dòng)時(shí)應(yīng)有F＝f桌＋fBC＋T，對(duì)A、B受力分析，可知T＝fCB＝fBC＝4N，可解得F＝11N，故A正確；因?yàn)槔K子不可伸長，則B和C的加速度大小相等，在A和B即將發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，對(duì)A受力分析可得fBA＝0.4mAg＝mAa，對(duì)A、B整體受力分析可得T′－fCB＝(mA＋mB)a，對(duì)物體C受力分析可得F－T′－fBC－f桌＝mCa，代入數(shù)據(jù)并聯(lián)立解得F′＝23N，說明要使A和B保持相對(duì)靜止，拉力F不能超過23N，故C正確；當(dāng)F＝17N時(shí)，A、B沒有發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，此時(shí)對(duì)A、B整體有T″－fCB＝(mA＋mB)a1，對(duì)物體C受力分析可得F－T″－fBC－f桌＝mCa1，聯(lián)立解得T″＝8N，故B錯(cuò)誤；A和B發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，若繼續(xù)增大F，因物體A僅受到滑動(dòng)摩擦力作用，加速度為a＝0.4g＝4m/s2，則不變，D錯(cuò)誤。9．(2020·四川省攀枝花市高三(下)第三次統(tǒng)考)如圖甲所示，物塊A、B靜止疊放在水平地面上，B受到大小從零開始逐漸增大的水平拉力F作用，A、B間的摩擦力f1、B與地面間的摩擦力f2隨水平拉力F變化的情況如圖乙所示，已知物塊A的質(zhì)量m＝3kg，重力加速度g取10m/s2，最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，則()A．物塊B的質(zhì)量為4kgB．A、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2C．B與水平地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2D．當(dāng)F＝10N時(shí)，A物塊的加速度大小為1.5m/s2答案BD解析由圖乙可知，A、B之間的最大靜摩擦力為f1max＝6N，可知A、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μAB＝eq\f(f1max,mg)＝eq\f(6,30)＝0.2，B正確；由圖乙可知，當(dāng)F＝4N時(shí)，A、B整體相對(duì)地面開始滑動(dòng)，則μB地(m＋mB)g＝4N，當(dāng)F＝12N時(shí)，A、B即將產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，此時(shí)對(duì)整體有a＝eq\f(F－μB地m＋mBg,m＋mB)，對(duì)物塊A有μABmg＝ma，聯(lián)立解得mB＝1kg，μB地＝0.1，A、C錯(cuò)誤；當(dāng)F＝10N時(shí)，A、B兩物塊一起加速運(yùn)動(dòng)，則A、B兩物塊的加速度大小為a＝eq\f(F－μB地m＋mBg,m＋mB)＝eq\f(10－4,3＋1)m/s2＝1.5m/s2，D正確。10．(2020·河南省六市高三(下)第二次聯(lián)合調(diào)研檢測)如圖甲所示，在傾角為θ＝30°的固定光滑斜面上，輕質(zhì)彈簧下端固定在底端擋板上，另一端與質(zhì)量為m的小滑塊A相連，A上疊放另一個(gè)質(zhì)量也為m的小滑塊B，彈簧的勁度系數(shù)為k，初始時(shí)兩滑塊均處于靜止?fàn)顟B(tài)。現(xiàn)用沿斜面向上的拉力F作用在滑塊B上，使B開始沿斜面向上做加速度為a的勻加速運(yùn)動(dòng)，測得兩個(gè)滑塊的v-t圖像如圖乙所示，重力加速度為g，則()A．施加拉力F前，彈簧的形變量為eq\f(mg,k)B．拉力F剛施加上時(shí)，A的加速度為0C．A、B在t1時(shí)刻分離，此時(shí)彈簧彈力大小為eq\f(1,2)m(g＋2a)D．彈簧恢復(fù)到原長時(shí)，A的速度達(dá)到最大值答案AC解析施加F前，小滑塊A、B整體平衡，根據(jù)平衡條件，有2mgsinθ＝kx，解得x＝eq\f(2mgsinθ,k)＝eq\f(mg,k)，故A正確；由圖乙可知，拉力F剛施加上時(shí)，小滑塊A、B還未分離，具有相同的加速度a，故B錯(cuò)誤；A、B在t1時(shí)刻分離，此時(shí)它們具有相同的加速度和速度，且FAB＝0，對(duì)A有F彈－mgsinθ＝ma，解得F彈＝eq\f(1,2)m(2a＋g)，故C正確；當(dāng)A受到的合力為零，即F彈′＝mgsinθ時(shí)，A的速度達(dá)到最大值，此時(shí)彈簧被壓縮，故D錯(cuò)誤。二、非選擇題(本題共2小題，共30分)11.(2021·河南省信陽市高三上12月調(diào)研)(15分)如圖所示，在傾角為θ的足夠長的固定斜面上，有一質(zhì)量為M的長木板，長木板在沿斜面向上的拉力F作用下始終做速度為v的勻速運(yùn)動(dòng)。某時(shí)刻開始，將一質(zhì)量為m的小鐵塊(可視為質(zhì)點(diǎn))，以相對(duì)斜面向下的初速度v0從長木板的上端釋放，小鐵塊沿長木板向下滑動(dòng)，最終小鐵塊跟長木板一起沿斜面向上做勻速運(yùn)動(dòng)。已知v0>v，小鐵塊、木板和斜面相互間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ，μ>tanθ，重力加速度為g。求：(1)小鐵塊從開始滑動(dòng)到離斜面底端最近時(shí)經(jīng)歷的時(shí)間；(2)從釋放鐵塊到共速時(shí)長木板沿斜面向上運(yùn)動(dòng)的距離和長木板的最短長度。答案(1)eq\f(v0,gμcosθ－sinθ)(2)eq\f(vv＋v0,gμcosθ－sinθ)eq\f(v0＋v2,2gμcosθ－sinθ)解析(1)對(duì)小鐵塊分析，因?yàn)棣?gt;tanθ，所以滑動(dòng)摩擦力大于重力沿斜面向下的分力，加速度方向沿斜面向上，小鐵塊沿斜面向下做勻減速運(yùn)動(dòng)，沿斜面方向，根據(jù)牛頓第二定律有μmgcosθ－mgsinθ＝ma當(dāng)小鐵塊速度減為零時(shí)，離斜面底端最近，設(shè)經(jīng)歷的時(shí)間為t0根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有t0＝eq\f(v0,a)聯(lián)立解得t0＝eq\f(v0,gμcosθ－sinθ)。(2)小鐵塊先沿斜面向下勻減速運(yùn)動(dòng)，速度為零后再沿斜面向上勻加速運(yùn)動(dòng)，最終跟長木板以共同速度v勻速運(yùn)動(dòng)，設(shè)到共速時(shí)經(jīng)歷時(shí)間為t，對(duì)小鐵塊，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有v＝－v0＋at長木板勻速運(yùn)動(dòng)，沿斜面向上運(yùn)動(dòng)的距離為s1＝vt聯(lián)立解得s1＝eq\f(vv＋v0,gμcosθ－sinθ)小鐵塊從開始沿斜面向下做勻減速運(yùn)動(dòng)，到與長木板共速時(shí)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)公式，沿斜面向下運(yùn)動(dòng)的距離為s2＝eq\f(v2－v\o\al(2,0),－2a)聯(lián)立解得s2＝eq\f(v\o\al(2,0)－v2,2gμcosθ－sinθ)若小鐵塊與長木板共速時(shí)小鐵塊恰好滑到長木板的最下端，則長木板的長度最短，最短長度為L＝s1＋s2聯(lián)立解得L＝eq\f(v0＋v2,2gμcosθ－sinθ)。12．(2021·八省聯(lián)考福建卷)(15分)如圖，上表面光滑且水平的小車靜止在水平地面上，A、B為固定在小車上的擋板，C、D為豎直放置的輕質(zhì)薄板。A、C和D、B之間分別用兩個(gè)相同的輕質(zhì)彈簧連接，薄板C、D間夾住一個(gè)長方體金屬塊(視為質(zhì)點(diǎn))。金屬塊與小車上表面有一定的距離并與小車保持靜止，此時(shí)金屬塊所受到的摩擦力為最大