知識點三 牛頓運動定律-2023年高考物理分類題庫

知識點三牛頓運動定律1.(2023·全國乙卷·T14)一同學將排球自O點墊起,排球豎直向上運動,隨后下落回到O點。設排球在運動過程中所受空氣阻力大小和速度大小成正比,則該排球 ()A.上升時間等于下落時間B.被墊起后瞬間的速度最大C.達到最高點時加速度為零D.下落過程中做勻加速運動【解析】選B。上升過程和下落過程的位移大小相同,上升過程的末狀態(tài)和下落過程的初狀態(tài)速度均為零。對排球受力分析,上升過程的重力和阻力方向相同,下落過程中重力和阻力方向相反,根據牛頓第二定律可知,上升過程中任意位置的加速度比下落過程中對應位置的加速度大,則上升過程的平均加速度較大。由x=12at2可知,上升時間比下落時間短,A錯誤;上升過程排球做減速運動,下落過程排球做加速運動。在整個過程中空氣阻力一直做負功,排球機械能一直在減小,下落過程中的最低點的速度小于上升過程的最低點的速度,故排球被墊起時的速度最大,B正確;達到最高點速度為零,空氣阻力為零,此刻排球的加速度為重力加速度g,C錯誤;下落過程中,排球速度在變,所受空氣阻力在變,故排球所受的合外力在變化,排球在下落過程中做變加速運動,D2.(2023·遼寧選擇考·T2)安培通過實驗研究,發(fā)現(xiàn)了電流之間相互作用力的規(guī)律。若兩段長度分別為Δl1和Δl2、電流大小分別為I1和I2的平行直導線間距為r時,相互作用力的大小可以表示為ΔF=kI1I2Δl1ΔA.kg·m/(s2·A)B.kg·m/(s2·A2)C.kg·m2/(s3·A) D.kg·m2/(s3·A3)【解析】選B。根據題干公式ΔF=kI1I2Δl1Δl2r2整理可得k=ΔFr2I1I2Δl3.(2023·浙江6月選考·T1)下列四組物理量中均為標量的是 ()A.電勢電場強度B.熱量功率C.動量動能 D.速度加速度【解析】選B。電勢為標量,電場強度為矢量,與題意不符,故A錯誤;熱量和功率均為標量,故B正確;動量是矢量,動能是標量,與題意不符,故C錯誤;速度和加速度都為矢量,與題意不符,故D錯誤。4.(2023·浙江6月選考·T1)在足球運動中,足球入網如圖所示,則 ()A.踢香蕉球時足球可視為質點B.足球在飛行和觸網時慣性不變C.足球在飛行時受到腳的作用力和重力D.觸網時足球對網的力大于網對足球的力【解析】選B。踢香蕉球時,香蕉球產生的原因主要是旋轉,所以足球的大小和形狀不能忽略,即需要考慮足球的大小和形狀,足球不能看作質點,故A錯誤;足球的慣性僅與足球的質量有關,與運動狀態(tài)無關,即在飛行和觸網時足球的慣性不變,故B正確;足球在飛行時不受腳的作用力,僅受重力和空氣阻力,故C錯誤;觸網時足球對網的力和網對足球的力是一對作用力與反作用力,大小相等、方向相反,故D錯誤。5.(2023·山東等級考·T8)質量為M的玩具動力小車在水平面上運動時,牽引力F和受到的阻力f均為恒力。如圖所示,小車用一根不可伸長的輕繩拉著質量為m的物體由靜止開始運動。當小車拖動物體行駛的位移為s1時,小車達到額定功率,輕繩從物體上脫落。物體繼續(xù)滑行一段時間后停下,其總位移為s2。物體與地面間的動摩擦因數不變,不計空氣阻力。小車的額定功率P0為 ()A.2B.2C.2D.2【解析】選A。設物體與地面間的動摩擦因數為μ,小車達到額定功率時速度為v,小車拖動物體運動過程中,由牛頓第二定律得:F-f-μmg=(M+m)a1,由勻變速直線運動位移—速度公式得:v2=2a1s1,額定功率P0=Fv,輕繩從物體上脫落后,物體做勻減速直線運動,由牛頓第二定律得:μmg=ma2,由勻變速直線運動位移—速度公式得:v2=2a2(s2-s1),聯(lián)立解得:P0=2F2(F-f)(s2-s6.(2023·全國乙卷·T17)一學生小組在探究電磁感應現(xiàn)象時,進行了如下比較實驗。用圖(a)所示的纏繞方式,將漆包線分別繞在幾何尺寸相同的有機玻璃管和金屬鋁管上,漆包線的兩端與電流傳感器接通。兩管皆豎直放置,將一很小的強磁體分別從管的上端由靜止釋放,在管內下落至管的下端。實驗中電流傳感器測得的兩管上流過漆包線的電流I隨時間t的變化分別如圖(b)和圖(c)所示,分析可知 ()A.圖(c)是用玻璃管獲得的圖像B.在鋁管中下落,強磁體做勻變速運動C.在玻璃管中下落,強磁體受到的電磁阻力始終保持不變D.用鋁管時測得的電流第一個峰到最后一個峰的時間間隔比用玻璃管時的短【解析】選A。強磁體在鋁管中運動,鋁管會形成渦流,玻璃是絕緣體,故強磁體在玻璃管中運動,玻璃管不會形成渦流。強磁體在鋁管中加速后很快達到平衡狀態(tài),做勻速直線運動,而玻璃管中的強磁體則一直做加速運動,故由圖像可知圖(c)的脈沖電流峰值不斷增大,說明強磁體的速度在增大,與玻璃管中磁體的運動情況相符,A正確;在鋁管中下落,脈沖電流的峰值一樣,磁通量的變化率相同,故強磁體做勻速運動,B錯誤;在玻璃管中下落,玻璃管為絕緣體,線圈的脈沖電流峰值增大,電流不斷在變化,故強磁體受到的電磁阻力在不斷變化,C錯誤;強磁體分別從管的上端由靜止釋放,在鋁管中,磁體在線圈間做勻速運動,玻璃管中磁體在線圈間做加速運動,故用鋁管時測得的電流第一個峰到最后一個峰的時間間隔比用玻璃管時的長,D錯誤?！绢}后反思】解決本題的關鍵是通過圖像獲取有用信息——圖(b)對應的強磁體做勻速直線運動,結合強磁體在鋁管中運動,鋁管會形成渦流,可知圖(b)是用鋁管獲得的圖像;圖(c)對應的強磁體做加速直線運動,可知圖(c)是用玻璃管獲得的圖像。7.(多選)(2023·湖北選擇考·T9)如圖所示,原長為l的輕質彈簧,一端固定在O點,另一端與一質量為m的小球相連。小球套在豎直固定的粗糙桿上,與桿之間的動摩擦因數為0.5。桿上M、N兩點與O點的距離均為l,P點到O點的距離為12l,OP與桿垂直。當小球置于桿上P點時恰好能保持靜止。設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,重力加速度大小為g。小球以某一初速度從M點向下運動到N點,在此過程中,彈簧始終在彈性限度內。下列說法正確的是 (A.彈簧的勁度系數為4B.小球在P點下方12l處的加速度大小為(32-4)C.從M點到N點的運動過程中,小球受到的摩擦力先變小再變大D.從M點到P點和從P點到N點的運動過程中,小球受到的摩擦力做功相同【解析】選A、D。小球在P點受力平衡,則有mg=f,f=μFN,FN=k(l-l2),聯(lián)立解得k=4mgl,A正確;在MN之間任取一點A,令AO與MN之間的夾角為F=k(l-l2sinθ),小球受到的摩擦力為f1=μFN1=μFsinθ,化簡得f1=μ(klsinθ-kl2),小球在MP之間時θ增大,在PN之間時θ減小,即摩擦力先變大后變小,C錯誤;根據對稱性可知,在任意關于P點對稱的點摩擦力大小相等,因此由對稱性可知,M點到P點和P點到N點摩擦力做功大小相等,D正確;小球運動到P點下方l2時θ=45°,此時彈力大小F1=k(l-22l),摩擦力大小為f1=μ(kl22-kl2),由牛頓第二定律mg-f1+F1cosθ=ma,8.(多選)(2023·全國甲卷·T19)用水平拉力使質量分別為m甲、m乙的甲、乙兩物體在水平桌面上由靜止開始沿直線運動,兩物體與桌面間的動摩擦因數分別為μ甲和μ乙。甲、乙兩物體運動后,所受拉力F與其加速度a的關系圖線如圖所示。由圖可知 ()A.m甲<m乙 B.m甲>m乙C.μ甲<μ乙 D.μ甲>μ乙【解析】選B、C。根據牛頓第二定律有F-μmg=ma,整理后有F=ma+μmg,則可知F-a圖像的斜率為m,縱截距為μmg,則由題圖可看出m甲>m乙,μ甲m甲g=μ乙m乙g,則μ甲<μ乙,故選B、C。9.(多選)(2023·湖南選擇考·T10)如圖,光滑水平地面上有一質量為2m的小車在水平推力F的作用下加速運動。車廂內有質量均為m的A、B兩小球,兩球用輕桿相連,A球靠在光滑左壁上,B球處在車廂水平底面上,且與底面的動摩擦因數為μ,桿與豎直方向的夾角為θ,桿與車廂始終保持相對靜止。假設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力。下列說法正確的是 ()A.若B球受到的摩擦力為零,則F=2mgtanθB.若推力F向左,且tanθ≤μ,則F的最大值為2mgtanθC.若推力F向左,且μ<tanθ≤2μ,則F的最大值為4mg(2μ-tanθ)D.若推力F向右,且tanθ>2μ,則F的范圍為4mg(tanθ-2μ)≤F≤4mg(tanθ+2μ)【解析】選C、D。對小球A:豎直方向受力平衡,則桿水平方向的分力與豎直方向的分力滿足NxNy=tanθ,豎直方向Ny=mg,則Nx=mgtanθ,若B球受到的摩擦力為零,對B得Nx=ma,可得a=gtanθ,對小球A、B和小車整體有F=4ma=4mgtanθ,A錯誤;若推力F向左,可知加速度向左,小球A所受向左的合力的最大值為Nx=mgtanθ,對小球B,由于tanθ≤μ,小球B受到向左的合力F=μ(Ny+mg)-Nx≥mgtanθ,則對小球A有Nx=mamax,對系統(tǒng)整體有F=4mamax,解得F=4mgtanθ,B錯誤;若推力F向左,可知加速度向左,小球A所受向左的合力的最大值為Nx=mgtanθ,小球B所受向左的合力的最大值Fmax=(Ny+mg)·μ-Nx=2μmg-mgtanθ,由于μ<tanθ≤2μ可知Fmax<mgtanθ,則對小球B,Fmax=2μmg-mgtanθ=mamax,對系統(tǒng)F=4mamax,聯(lián)立可得F的最大值為F=4mg(2μ-tanθ),C正確;若推力F向右,可知系統(tǒng)整體加速度向右,由于小球A可以受到左壁向右的支持力,理論上向右的合力可以無限大,因此只需要討論小球B即可,當小球B所受的最大靜摩擦力向左時,小球B向右的合力最小,此時Fmin=Nx-(Ny+mg)μ=mgtanθ-2μmg,當小球所受最大靜摩擦力向右時,小球B向右的合力最大,此時Fmax=Nx+(Ny+mg)μ=mgtanθ+2μmg,對小球B有Fmin=mamin,Fmax=mamax,對系統(tǒng)有F=4ma,代入小球B所受合力范圍可得F的范圍為4mg(tanθ-2μ)≤F≤4mg(tanθ+2μ10.(2023·江蘇選擇考·T11)滑塊以一定的初速度沿粗糙斜面從底端上滑,到達最高點B后返回到底端。利用頻閃儀分別對上滑和下滑過程進行拍攝,頻閃照片示意圖如圖所示。與圖乙中相比,圖甲中滑塊 ()A.受到的合力較小B.經過A點的動能較小C.在A、B之間的運動時間較短D.在A、B之間克服摩擦力做的功較小【解析】選C。因為頻閃照片時間間隔相同,對比圖甲和乙可知圖甲中滑塊加速度大,是上滑階段;根據牛頓第二定律可知圖甲中滑塊受到的合力較大,故A錯誤;從圖甲中的A點到圖乙中的A點,先上升后下降,重力做功為0,摩擦力做負功;根據動能定理可知圖甲經過A點的動能較大,故B錯誤;由于圖甲中滑塊加速度大,根據v2-v02=2ax,可知圖甲在A、B之間的運動時間較短,故C正確;由于無論上滑或下滑均受到滑動摩擦力,且大小相等,故圖甲和圖乙在A、B之間克服摩擦力做的功相等,故11.(2023·新課標全國卷·T25)密立根油滴實驗的示意圖如圖所示。兩水平金屬平板上下放置,間距固定,可從上板中央的小孔向兩板間噴入大小不同、帶電量不同、密度相同的小油滴。兩板間不加電壓時,油滴a、b在重力和空氣阻力的作用下豎直向下勻速運動,速率分別為v0、v04;兩板間加上電壓后(上板為正極),這兩個油滴很快達到相同的速率v02,均豎直向下勻速運動。油滴可視為球形(1)求油滴a和油滴b的質量之比;(2)判斷油滴a和油滴b所帶電荷的正負,并求a、b所帶電荷量的絕對值之比。【解析】(1)設油滴半徑為r,密度為ρ,則油滴