2021版高考物理一輪復(fù)習(xí)課時分層提升練十二牛頓運(yùn)動定律的綜合應(yīng)用含解析

PAGE10-牛頓運(yùn)動定律的綜合應(yīng)用(建議用時45分鐘)1.(多選)(2019·山師附中模擬)游樂園中,游客乘坐能加速或減速運(yùn)動的升降機(jī),可以體會超重或失重的感覺。下列描述正確的是 ()A.當(dāng)升降機(jī)加速上升時,游客是處在失重狀態(tài)B.當(dāng)升降機(jī)減速下降時,游客是處在超重狀態(tài)C.當(dāng)升降機(jī)減速上升時,游客是處在失重狀態(tài)D.當(dāng)升降機(jī)加速下降時,游客是處在超重狀態(tài)【解析】選B、C。當(dāng)升降機(jī)加速上升時,游客有向上的加速度,是由重力與升降機(jī)對游客支持力的合力產(chǎn)生的,此時升降機(jī)對游客的支持力大于游客的重力,所以處于超重狀態(tài),A錯誤。當(dāng)升降機(jī)減速下降時,具有向上的加速度,同理此時游客也處于超重狀態(tài),B正確。當(dāng)升降機(jī)減速上升時,具有向下的加速度,是由重力與升降機(jī)對游客支持力的合力產(chǎn)生的,所以升降機(jī)對游客的支持力小于游客的重力,此時失重,C正確。當(dāng)升降機(jī)加速下降時,也具有向下的加速度,同理可得此時游客處于失重狀態(tài),故D錯誤。故選B、C。2.(2020·成都模擬)如圖所示,浸在水中的小球的密度小于水的密度且固定在輕彈簧的一端,彈簧的另一端固定在容器的底部,當(dāng)整個系統(tǒng)自由下落時,彈簧長度將 ()A.變長B.不變C.恢復(fù)原長D.條件不足,無法確定【解析】選C。當(dāng)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)時,浸在水中的小球的密度小于水的密度,由平衡條件可得:F浮=F彈+mg,所以彈簧被拉伸;當(dāng)整個系統(tǒng)自由下落達(dá)到穩(wěn)定時,小球及水處于完全失重狀態(tài),水也不再對球施加浮力,彈簧不再受到拉力,故彈簧將恢復(fù)原長;故C正確。3.質(zhì)量為m0=20kg、長為L=5m的木板放在水平面上,木板與水平面的動摩擦因數(shù)為μ1=0.15,將質(zhì)量m=10kg的小木塊(可視為質(zhì)點(diǎn)),以v0=4m/s的速度從木板的左端被水平拋射到木板上(如圖所示),小木塊與木板面間的動摩擦因數(shù)為μ2 ()A.木板一定靜止不動,小木塊不能滑出木板B.木板一定靜止不動,小木塊能滑出木板C.木板一定向右滑動,小木塊不能滑出木板D.木板一定向右滑動,小木塊能滑出木板【解析】選A。木板與地面間的摩擦力為f1=μ1(m0+m)g=0.15×(20+10)×10N=45N,小木塊與木板之間的摩擦力為f2=μ2mg=0.4×10×10N=40N,f1>f2,所以木板一定靜止不動;設(shè)小木塊在木板上滑行的距離為x,v02=2μ2gx,解得x=2m<L=54.(2019·南昌模擬)為了讓乘客乘車更為舒適,某探究小組設(shè)計了一種新的交通工具,乘客的座椅能隨著坡度的變化而自動調(diào)整,使座椅始終保持水平,如圖所示。當(dāng)此車減速上坡時(僅考慮乘客與水平面之間的作用),則乘客 ()A.處于超重狀態(tài)B.不受摩擦力的作用C.受到水平向左的摩擦力作用D.所受合力豎直向上【解析】選C。當(dāng)此車減速上坡時,整體的加速度沿斜面向下,乘客具有向下的分加速度,故乘客處于失重狀態(tài),選項(xiàng)A錯誤;由于乘客的加速度沿斜面向下,乘客有水平向左的分加速度,對乘客進(jìn)行受力分析,乘客受重力、支持力和水平向左的靜摩擦力作用,選項(xiàng)B錯誤,C正確;由于乘客的加速度沿斜面向下,根據(jù)牛頓第二定律可知乘客所受的合力沿斜面向下,選項(xiàng)D錯誤。【補(bǔ)償訓(xùn)練】如圖所示,與輕繩相連的物體A和B跨過定滑輪,質(zhì)量mA<mB,A由靜止釋放,不計繩與滑輪間的摩擦,則在A向上運(yùn)動的過程中,輕繩的拉力 ()A.FT=mAg B.FT>mAgC.FT=mBg D.FT>mBg【解析】選B。物體A向上加速運(yùn)動,物體B向下加速運(yùn)動,因此A處于超重狀態(tài),FT>mAg,B處于失重狀態(tài),FT<mBg,則B正確,A、C、D錯誤。5.(2019·海南高考)如圖,兩物塊P、Q置于水平地面上,其質(zhì)量分別為m、2m,兩者之間用水平輕繩連接。兩物塊與地面之間的動摩擦因數(shù)均為μ,重力加速度大小為g,現(xiàn)對Q施加一水平向右的拉力F,使兩物塊做勻加速直線運(yùn)動,輕繩的張力大小為 ()A.F-2μmg B.13C.13F-μmg D.1【解析】選D。將兩物塊看作一個整體,兩物塊受重力和支持力,這兩個力平衡,還受拉力F和摩擦力f,f=μ(m+2m)g=3μmg,由牛頓第二定律得F-f=3ma,則a=F-f3m;對于物塊P,根據(jù)牛頓第二定律得T-μmg=ma,整理得T=F3,選項(xiàng)D正確,A6.如圖所示,質(zhì)量為m的球置于斜面上,被一個豎直擋板擋住?，F(xiàn)用一個力F拉斜面,使斜面在水平面上做加速度為a的勻加速直線運(yùn)動,忽略一切摩擦,以下說法中正確的是 ()A.若加速度足夠小,豎直擋板對球的彈力可能為零B.若加速度足夠大,斜面對球的彈力可能為零C.斜面和擋板對球的彈力的合力等于maD.斜面對球不僅有彈力,而且該彈力是一個定值【解析】選D。設(shè)球的質(zhì)量為m,斜面傾角為θ,斜面給球的彈力為F1,豎直擋板給球的彈力為F2,對球受力分析,如圖所示,由牛頓第二定律得:F1cosθ-mg=0,F2-F1sinθ=ma,解得F1=mgcosθ是定值,F2=mgtanθ+ma,故A、B錯,D正確;球所受斜面、擋板的力以及重力的合力為ma,故C7.如圖所示,在粗糙的水平面上,質(zhì)量分別為m和M(m∶M=1∶2)的物塊A、B用輕彈簧相連,兩物塊與水平面間的動摩擦因數(shù)相同,當(dāng)用水平力F作用于B上且兩物塊共同向右加速運(yùn)動時,彈簧的伸長量為x1;當(dāng)用同樣的大小的力F豎直加速提升兩物塊時,彈簧的伸長量為x2,則x1∶x2等于 ()A.1∶1 B.1∶2 C.2∶1 【解析】選A。對左圖,運(yùn)用整體法,由牛頓第二定律得,整體的加速度a=F-μ(M+m)gM+m=F3m-μg,對A物體有:F彈對右圖,運(yùn)用整體法,由牛頓第二定律得,整體的加速度a′=F-(M+m)gM+m=F3m-g,對A物體有:F′彈-mg=ma′,得F′彈=F3=kx2,x2=F3k,則【補(bǔ)償訓(xùn)練】如圖所示,光滑水平地面上有質(zhì)量相等的兩物體A、B,中間用勁度系數(shù)為k的輕彈簧相連,在外力F1、F2作用下運(yùn)動,且滿足F1>F2,當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)動穩(wěn)定后,彈簧的伸長量為 ()A.F1-FC.F1-F2【解析】選B。本題利用牛頓第二定律,先選A、B為一整體,再隔離A物體,求出彈簧的彈力F,由F=kx,即可求得彈簧的伸長量,但是若用極限分析法,可快速得出結(jié)果:令F1=F2,則兩物體靜止,F=F1=F2=kx,能滿足此條件的結(jié)果只有B選項(xiàng)。8.(多選)如圖所示,光滑水平桌面放置著物塊A,它通過輕繩和輕質(zhì)滑輪懸掛著物塊B。已知A的質(zhì)量為m,B的質(zhì)量為3m,重力加速度大小為g。靜止釋放物塊A、B后 ()A.相同時間內(nèi),A、B運(yùn)動的路程之比為2∶1B.物塊A、B的加速度之比為1∶1C.細(xì)繩的拉力為6D.當(dāng)B下落高度h時,速度為2【解析】選A、C。圖中物塊B懸掛在動滑輪上,在時間t內(nèi),物塊B下落高度等于物塊A運(yùn)動路程的12,即相同時間內(nèi)A、B運(yùn)動的路程之比為sA∶sB=2∶1,選項(xiàng)A正確;靜止釋放物塊A、B后,由初速度為零的勻變速直線運(yùn)動規(guī)律,s=12at2,由此可知,物塊A、B的加速度之比為aA∶aB=2∶1,選項(xiàng)B錯誤;設(shè)細(xì)繩對物塊A的拉力為F,對物塊A,由牛頓第二定律,F=maA,對物塊B,由牛頓第二定律,3mg-2F=3maB,聯(lián)立解得:F=6mg7,選項(xiàng)C正確;由F=maA,可得aA=6g7,aB=3g7,當(dāng)B下落高度h時,它的速度9.(多選)(2019·煙臺模擬)如圖所示,一足夠長的木板靜止在粗糙的水平面上,t=0時刻滑塊從木板的左端以速度v0水平向右滑行,木板與滑塊間存在摩擦,且最大靜摩擦力等于滑動摩擦力。下列描述滑塊的v-t圖像中可能正確的是 ()【解析】選B、D。設(shè)滑塊質(zhì)量為m,木板質(zhì)量為M,滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)為μ1,木板與地面間的動摩擦因數(shù)為μ2,若μ1mg<μ2(M+m)g,則滑塊滑上木板后向右勻減速運(yùn)動,加速度a1=μ1g,木板靜止,選項(xiàng)D正確;若μ1mg>μ2(M+m)g,則滑塊滑上木板后向右勻減速運(yùn)動,加速度為a1=μ1g,木板向右勻加速運(yùn)動,當(dāng)二者速度相等后,一起以a2=μ2g的加速度勻減速到停止,因a1>a2,【補(bǔ)償訓(xùn)練】如圖所示,光滑水平面上放置質(zhì)量分別為m和2m的四個木塊A、B、C、D,其中A、C兩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μmg?，F(xiàn)用水平拉力F拉D木塊,使四個木塊以同一加速度運(yùn)動,則A、C間輕繩的最大拉力為 ()A.3μmg5 C.3μmg4【解析】選C。設(shè)整體加速度為a,對B木塊受力分析,水平方向只受靜摩擦力作用,Ff1=2ma①對A、B、C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,Ff2=4ma②由于A、B間和C、D間的最大靜摩擦力大小都為μmg,且Ff2>Ff1,所以整體加速度增大時,C、D間的靜摩擦力先達(dá)到最大靜摩擦力,取Ff2=μmg③再對A、B兩木塊組成的整體受力分析,水平方向只受繩的拉力作用,有FT=3ma④由②③④得FT=34μmg,C正確,A、B、D10.如圖所示,質(zhì)量均為m=3kg的物塊A、B緊挨著放置在粗糙的水平地面上,物塊A的左側(cè)連接一勁度系數(shù)為k=100N/m的輕質(zhì)彈簧,彈簧另一端固定在豎直墻壁上。開始時兩物塊壓緊彈簧并恰好處于靜止?fàn)顟B(tài),現(xiàn)使物塊B在水平外力F作用下向右做a=2m/s2的勻加速直線運(yùn)動直至與A分離,已知兩物塊與地面的動摩擦因數(shù)均為μ=0.5,g取10(1)物塊A、B分離時,所加外力F的大小。(2)物塊A、B由靜止開始運(yùn)動到分離所用的時間。【解析】(1)物塊A、B分離時,對B:F-μmg=ma,解得:F=21N。(2)A、B靜止時,對A、B:kx1=2μmg。A、B分離時,對A:kx2-μmg=ma。此過程中x1-x2=12at解得:t=0.3s。答案:(1)21N(2)0.3s11.(10分)如圖所示,可視為質(zhì)點(diǎn)的A、B兩物體置于一靜止長紙帶上,紙帶左端與A、A與B間距均為d=0.5m,兩物體與紙帶間的動摩擦因數(shù)均為μ1=0.1,與地面間的動摩擦因數(shù)均為μ2=0.2?，F(xiàn)以恒定的加速度a=2m/s2向右水平拉動紙帶,重力加速度g=求:(1)A物體在紙帶上的滑動時間。(2)兩物體A、B停在地面上的距離?！窘馕觥?1)兩物體在紙帶上滑動時:μ1mg=ma1當(dāng)物體A滑離紙帶時12at12-12a1t1(2)物體A離開紙帶時的速度v1=a1t1物體A在地面上運(yùn)動時有μ2mg=ma2物體A從開始運(yùn)動到停在地面上的總位移s1=v12當(dāng)物體B滑離紙帶時12at22-12v2=a1t2物體B從開始運(yùn)動到停在地面上的總位移s2=v22兩物體最終停止的間距x=s2+d-s1=1.25答案:(1)1s(2)1.2512.如圖所示,與水平面成θ=30°的傳送帶正以v=3m/s的速度勻速運(yùn)行,A、B兩端相距l(xiāng)=13.5m?，F(xiàn)每隔1s把質(zhì)量m=1kg的工件(視為質(zhì)點(diǎn))輕放在傳送帶上,工件在傳送帶的帶動下向上運(yùn)動,工件與傳送帶間的動摩擦因數(shù)μ=235(1)相鄰工件間的最小距離和最大距離。(2)滿載與空載相比,傳送帶需要增加多大的牽引力?【解析】(1)設(shè)工件在傳送帶上加速運(yùn)動時的加速度為a,則μmgcosθ-mgsinθ=ma代入數(shù)據(jù)解得a=1.0m剛放上下一個工件時,該工件離前一個工件的距離最小,且最小距離dmin=12at解得dmin=0.50當(dāng)工件勻速運(yùn)動