2021年新高考真題物理匯編3 牛頓運動定律（解析版）

專題3牛頓運動定律

選擇題

1.（2021高考新課程I卷山東卷）如圖所示，載有物資的熱氣球靜止于距水平地面H的高處，現(xiàn)將質量為

m的物資以相對地面的速度%水平投出，落地時物資與熱氣球的距離為d。已知投出物資后熱氣球的總質

量為M,所受浮力不變，重力加速度為g,不計阻力。以下判斷正確的是（）

A.投出物資后熱氣球做勻加速直線運動

B.投出物資后熱氣球所受合力大小為‘咫

【解析】現(xiàn)將質量為m的物資以相對地面的速度”水平投出，根據(jù)動量守恒定律，mvO=Mv,熱氣球將獲

mv（）

得水平向左的速度，v=M,投出物資后熱氣球所受合力大小為“1g,方向豎直向上，所以投出物資后熱

1

氣球做勻加速曲線運動，選項A錯誤B正確;由平拋運動規(guī)律，H=2gt2,解得t=物質水平向有

位移xl=v0t=v0氣球沿豎直向上方向的加速度2=11^/乂，在1=時間內，氣球沿豎直向上方向

的位移h=2at2=mH/M,水平向左方向位移x2=vt=落地時物資與熱氣球的距離為

J(X+/丫+(/?+”『

ci-聯(lián)立解得：d=，選項C正確D錯誤。

2.（2021新高考北京卷）某同學使用輕彈簧、直尺、鋼球等制作了一個“豎直加速度測量儀”。如圖所示，

彈簧上端固定，在彈簧旁沿彈簧長度方向固定一直尺。不掛鋼球時，彈簧下端指針位于直尺20cm刻

度處；下端懸掛鋼球，靜止時指針位于直尺40cm刻度處。將直尺不同刻度對應的加速度標在直尺上,

就可用此裝置直接測量豎直方向的加速度。取豎直向上為正方向，重力加速度大小為g。下列說法正確

的是

A.30cm刻度對應的加速度為-0.5g

B.40cm刻度對應的加速度為g

C.50cm刻度對應的加速度為2g

D.各刻度對應加速度的值是不均勻的

【答案】A

【解析】根據(jù)題述，下端懸掛鋼球，靜止時指針位于直尺40cm刻度處，40cm刻度對應的加速度為0,

選項B錯誤；由胡克定律，mg-lex.x=40cm-20cm=20cm=0.20m,30cm刻度，彈簧伸長

x?=30cm-20cm=10cm=0.10m,由牛頓第二定律,kxi-mg=ma\,解得ai=-0.5g,選項A正確:50cm刻度,

彈簧伸長X2=50cm-20cm=30cm=0.30m,由牛頓第二定律，kx2-mg-mai,解得“2=0.5g,選項C錯誤；由于

加速度與彈簧伸長量成線性關系，所以各刻度對應加速度的值是均勻的，選項D錯誤.

3.（2021高考新課程II卷海南卷）如圖，兩物塊P、Q用跨過光滑輕質定滑輪的輕繩相連，開始時P靜止

在水平桌面上.將一個水平向右的推力尸作用在尸上后，輕繩的張力變?yōu)樵瓉淼囊话?已知尸、Q兩物塊

的質量分別為0.5kg、〃％=0.2kg,尸與桌面間的動摩擦因數(shù)〃=0.5,重力加速度g=10m/s2.則

推力尸的大小為（）

A.4.0NB.3.0NC.2.5ND.1.5N

【答案】A

【解析】P靜止在水平桌面上時，細線中拉力等于niQg=2N。將水平向右的力F作用在P上后，細線中

張力變?yōu)樵瓉淼?半，即FT=1N,隔離Q分析受力，由牛頓第二定律，niQg-FT=rriQa,解得a=5m/s2。

隔離P受力分析，由牛頓第二定律，F(xiàn)-ymPg+FT=mPa,解得F=4.0N,選項A正確。

4.（2021新高考湖南卷）“復興號”動車組用多節(jié)車廂提供動力，從而達到提速的目的。總質量為加的動

車組在平直的軌道上行駛。該動車組有四節(jié)動力車廂，每節(jié)車廂發(fā)動機的額定功率均為P,若動車組所受

的阻力與其速率成正比五，2為常量），動車組能達到的最大速度為％.下列說法正確的是（）

A.動車組在勻加速啟動過程中，牽引力恒定不變

B.若四節(jié)動力車廂輸出功率均為額定值，則動車組從靜止開始做勻加速運動

C.若四節(jié)動力車廂輸出的總功率為2.25P,則動車組勻速行駛的速度為彳%

D.若四節(jié)動力車廂輸出功率均為額定值，動車組從靜止啟動，經(jīng)過時間f達到最大速度%,則這一過程中

該動車組克服阻力做的功為，加4-Pf

2

【答案】.C

【解析】本題考查對機車勻加速啟動和恒定功率啟動兩種模型的理解掌握，主要考查靈活運用

知識能力.若四節(jié)動力車廂輸出的總功率為2.25P,由4P=FmVm=Ar,“2,2.25P=kv2,聯(lián)立解得動車組勻速

行駛的速度v=j%,選項C正確；由于動車組所受的阻力與其速率成正比，F(xiàn)^kv,動車組勻加速啟動，

速度v=at,由牛頓第二定律，F(xiàn)-Fm=ma,其牽弓I力F=kat+ma,即牽引力F隨時間t逐漸增大，選項A錯誤;

若四節(jié)動力車廂輸出功率均為額定功率P,由P=Fv可知，其牽引力隨速度的增大而減小，而動車組所受的

阻力與其速率成正比，，所以動車組從靜止開始不可能做勻加速運動，選項B錯誤；若四節(jié)動力車廂輸出功

率均為額定功率，則動車組總功率為4P,由動能定理，4Pr-%g/〃匕2,解得這一過程中該動車組克服阻

力做功為W尸4Pr-；〃叫/，選項口錯誤。

【名師點評】對于機車所受的阻力與其速率成正比問題，機車勻加速啟動，其牽引力不是恒量。

5.（2021高考新課程H卷海南卷）公元前4世紀末，我國的《墨經(jīng)》中提到“力，形之所以奮也”，意為力

是使有形之物突進或加速運動的原因.力的單位用國際單位制的基本單位符號來表示，正確的是（）

A.kg?m?s'B.kg?m?s_2C.Pa?m2D.J?m-1

【答案】B

【解析】山牛頓第二定律F=ma,可知力的單位N用國際單位制的基本單位符號來表示為kg-m/s2-kg-m

選項B正確。

6.（2021高考全國乙卷）水平地面上有一質量為??！的長木板，木板的左端上有一質量為ntz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)隨時間t的變化關系如圖（b）所示，其中8、馬分別

為G、t2時刻F的大小。木板的加速度4隨時間t的變化關系如圖（C）所示。已知木板與地面間的動摩

擦因數(shù)為內，物塊與木板間的動摩擦因數(shù)為人。假設最大靜摩擦力均與相應的滑動摩擦力相等，重力

加速度大小為g。則（）

A.耳=〃仰1g

小2（啊+叱）

B.F23一%）9

D.在0~t2時間段物塊與木板加速度相等

【答案】CD

【解析】由（c）可知，在0~口時間內，木板加速度為零，木板靜止。在tl~t2時間內，木板加速度逐漸增

大，t2時間后，木板加速度為恒量。由圖（b）,根據(jù)力F隨時間變化圖像的面積表示沖量可知，在O~ti時

間內，物塊與木板之間摩擦力為靜摩擦力，物塊靜止，木板靜止。在L~t2時間內，物塊與木板之間摩擦力

為靜摩擦力，物塊靜止，木板滑動，選項D正確；把物塊和木板看作整體，在U時刻，牛頓第二定律，F(xiàn),-

H.i（mi+m2）g=0,解得：FI-=JI,I（mi+m2）g,選項A錯誤；t2時間后，物塊相對于木板滑動，木板所受的

滑動摩擦力為恒力，做勻加速直線運動。設t2時刻木板加速度為a,在t2時刻，對木板，由牛頓第二定律,

112m2g-n」（mi+m2）g=（mi+ni2）a,顯然，中〉+'公必，選項C正確；對物塊，由牛頓第二定律,B-N2m2g=m2a,

m2

與〃2m2g-p.i(mi+m2)g=(mi+rru)a,聯(lián)立解得：F?=rri2g,選項B錯誤。

町+7%

7.（2021高考全國乙卷）水平桌面上，一質量為m的物體在水平恒力F拉動下從靜止開始運動。物體通過

的路程等于S。時，速度的大小為I，。，此時撤去F,物體繼續(xù)滑行2so的路程后停止運動。重力加速度大

小為g。貝iJ（）

A.在此過程中F所做的功為，

B.在此過程中F的沖量大小等于三小丹

2u

C.物體與桌面間的動摩擦因數(shù)等于上二

4sos

D.F的大小等于物體所受滑動摩擦力大小的2倍

【答案】BC【關鍵能力】本題通過水平恒力作用下的運動考查考生靈活運用知識的能力。

【學科素養(yǎng)】本題考查的學科素養(yǎng)主要是物理觀念中的運動和相互作用觀念，動量的觀念，考生要能夠用

功、牛頓運動定律和動量定理分析，能從物理學的運動和相互作用的視角分析問題。

【解析】根據(jù)功的定義，可知在此過程中，F(xiàn)做的功為WF=FSO,選項A錯誤；水平桌面上質量為m的物體

在恒力F作用下從靜止開始做勻加速直線運動，，通過路程so時，速度大小為V。，撤去F后，由牛頓第二定

2

W，nmg=ma2,根據(jù)勻變速直線運動規(guī)律，v（＞2=2a2-2so，聯(lián)立解得：,選項C正確；it]v（）2=2a2-2s（）,

4s°g

vo2=2aiso.可得ai=2a2，設物體在水平桌面上運動所受摩擦力為力由F-f="?ai,/=〃口2，可得F=3f,即F

的大小等于物體所受滑動摩擦力f大小的3倍，選項D錯誤；對F作用下物體運動的過程，由動量定理，

3

Ft-ft=mvo，解得F的沖量大小為IF=FI=]加片，選項B正確。

二.計算題

8.（11分）（2021新高考遼寧卷）機場地勤工作人員利用初速度從飛機上卸行李。如圖所示，以恒定速率

vl=0.6m/s運行的傳送帶與水平面間的夾角a=37°,轉軸間距L=3.95m。工作人員沿傳送帶方向以速度

v2=1.6m/s從傳送帶頂端推下一件小包裹（可視為質點）。小包裹與傳送帶間的動摩擦因數(shù)口=0.8.取重力加

速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.?求：

（1）小包裹相對傳送帶滑動時加速度的大小a；

（2）小包裹通過傳送帶所需的時間t。

【解析】(1)取沿傳送帶向下為正方向，由牛頓第二定律，，"享；山。-〃〃田8$<1=0^1，

2

解得：ai-0.4m/so負號表示加速度方向沿斜面向上。

即小包裹相對傳送帶滑動時的加速度大小為0.4m/s2。

(2)由vi-V2=at”解得小包裹速度減小到等于傳送帶速度時間ti=2.5s

2

由vr-v2=2ax,解得在這段時間小包裹位移x=2.75m

小包裹速度減小到等于傳送帶速度vi后，由于mgsina<jJmgcosa，小包裹與傳送帶同速向下運動,

由L-x=vitz，解得：h=2.0so

小包裹通過傳送帶所需時間t=t\+?2=2.5S+2.0S=4.5SO

9.(2021年6月浙江選考物理)機動車禮讓行人是一種文明行為。如圖所示，質量根nl.OxlO&g的汽

車以w=36km/h的速度在水平路面上勻速行駛，在距離斑馬線s=20m處，駕駛員發(fā)現(xiàn)小朋友排著長

/=6m的隊伍從斑馬線一端開始通過，立即剎車，最終恰好停在斑馬線前。假設汽車在剎車過程中所受阻

力不變，且忽略駕駛員反應時間。

(1)求開始剎車到汽車停止所用的時間和所受阻力的大??；

(2)若路面寬L=6m,小朋友行走的速度％=0.5m/s,求汽車在斑馬線前等待小朋友全部通過所需的時

間；

(3)假設駕駛員以V2=54m/h超速行駛，在距離斑馬線s=20m處立即剎車，求汽車到斑馬線時的速度。

u

【答案】⑴%=4s,f}=2.5xlO3N；(2)20s；(3)n=5石m/s

【解析】

(1)根據(jù)平均速度A=?

V

解得剎車時間4=4s

剎車加速度。

根據(jù)牛頓第二定律F『=ma

解得%=2.5x107

l+L

(2)小朋友過時間馬=——

%

等待時間f=弓一：=20s

(3)根據(jù)田一^=2as

解得v=57501/s

【名師點評】本題以機動車禮讓行人為情景，考查牛頓運動定律、勻變速直線運動規(guī)律及其相關知識點。

10.(9分)(2021年1月浙江選考)如圖所示，質量m=2kg的滑塊以vo=16m/s的初速度沿

傾角9=37。的斜面上滑，經(jīng)=2s滑行到最高點。然后，滑塊返回到出發(fā)點。已知sin37o=0.6,

cos37°=0.8,求滑塊

(1)最大位移值X；

(2)與斜面間的動摩擦因數(shù)；

(3)從最高點返回到出發(fā)點的過程中重力的平均功率P。

【解析】（1）小車向上做勻減速直線運動，有

X—&

2

得x=16m

（2）加速度q=午=8m//

L、皿一mmgsino+/jmgcos0.八八

上滑過程q=-----------------=gsin8+〃gcos6

m

得U=0.25

（3）下滑過程4=駕包心吟^=gsin。一〃gcos6=4m/s2

m

山運動學公式v,=12a?x=8>/2m/s=11.3m/s

重力的平均功率A=mgScos（9（）。-。）=48&W=67.9W

11.（12分）（2021高考全國乙卷）一籃球質量為m=0.60kg,一運動員使其從距地面高度為口1=1.801處由

靜止自由落下，反彈高度為口2=1.201。若使籃球從距地面口a=1.5m的高度由靜止下落，并在開始下落的同時

向下拍球，球落地后反彈的高度也為1.5m。假設運動員拍球時對球的作用力為恒力，作用時間為t=0.20s；

該籃球每次與地面碰撞前后的動能的比值不變。重力加速度大小取g=10m/s2,不計空氣阻力。求

（1）運動員拍球過程中對籃球所做的功；

（2）運動員拍球時對籃球的作用力的大小。

【解析】（1）從距地面高度為1=1.80!處由靜止自由落下，接近地面時動能以尸〃?g/小根據(jù)反彈

高度為二2=L2m可知反彈回的動能為Eki-mghi，與地面碰撞前后的動能的比值為k=hl/h2=1.5。

使籃球從距地面工=1.5m的高度由靜止下落，并在開始下落的同時向下拍球，球落地后反彈的高

度也為1.5m,反彈后的動能為E“=,〃g〃3，

籃球著地時動能為Eu=15咫加=13.5J,

由功能關系可得，運動員拍球過程中對籃球所做的功

W=Ek3-m^i=13.5J-9J=4.5Jo

（2）由牛頓第二定律，F(xiàn)+mg=ma,

t時間內籃球向下運動距離s=-at2,

2

運動員拍球時對籃球做功W=Fs

聯(lián)立解得：F=9.0N

【名師點評】本題以運動員拍籃球創(chuàng)設情境，考查學生對動能、功、牛頓第二定律、勻變

速直線運動等概念和規(guī)律的理解與應用，引導學生增強體育鍛煉，滲透健康第一的理念。

12.（6分）（2021新高考湖南卷）

某實驗小組利用圖（a）所示裝置探究加速度與物體所受合外力的關系。主要實驗步驟如下：

圖（a）圖（b）

（1）用游標卡尺測量墊塊厚度力，示數(shù)如圖（b）所示，h=cm；

（2）接通氣泵，將滑塊輕放在氣墊導軌上，調節(jié)導軌至水平；

（3）在右支點下放一墊塊，改變氣墊導軌的傾斜角度；

（4）在氣墊導軌合適位置釋放滑塊，記錄墊塊個數(shù)〃和滑塊對應的加速度

（5）在右支點下增加墊塊個數(shù)（墊塊完全相同），重復步驟（4）,記錄數(shù)據(jù)如下表:

n123456

（a/nrs，）0.0870.1800.2600.4250.519

根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖（c）上描點，繪制圖線。

0.6

0.5

0.4

0.3踴

軍n

aI

0.2界■

0.1

0

圖（c）

如果表中缺少的第4組數(shù)據(jù)是正確的，其應該是