2021屆高考物理三輪沖刺：牛頓第二定律的應(yīng)用

2020-2021學(xué)年度高高考物理沖刺牛頓第二定律的應(yīng)用

一、單選題

1.游樂(lè)園小火車是小朋友們喜愛(ài)的項(xiàng)目。某小火車由8節(jié)質(zhì)量相等的車廂組成，在車頭牽

引下，小火車在平直路面勻加速行駛時(shí)，第2節(jié)對(duì)第3節(jié)車廂的牽引力為F,若每節(jié)車廂所

受摩擦力、空氣阻力均相等，則倒數(shù)第3節(jié)對(duì)倒數(shù)第2節(jié)車廂的牽引力為（）

A.FB.一FC.—FD.—F

364

2.一乘客乘坐豎直電梯下樓，其位移S與時(shí)間t的關(guān)系圖像如圖所示，其中時(shí)間內(nèi)圖

像為直線。則（）

A.0~八時(shí)間內(nèi)，電梯的速度增大

B.八“2時(shí)間內(nèi)，電梯的速度增大

C.f|~f2時(shí)間內(nèi)，電梯的加速度向上

D./2~，3時(shí)間內(nèi)，電梯的加速度向下

3.如圖所示，輕彈簧的左端固定在豎直墻面上，右端有一物塊壓縮彈簧并處于靜止?fàn)顟B(tài),

物塊與彈簧并不拴接，物塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為〃，物塊與水平面間最大靜摩擦力等

于滑動(dòng)摩擦力。現(xiàn)用一水平向右的力尸作用在物塊上，使其向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。以X

表示物塊離開(kāi)靜止位置的位移，且彈簧在彈性限度內(nèi)，下列表示尸與X之間關(guān)系的圖象可能

正確的是（）

A.

4.如圖所示，物塊48疊放在一起，其中B與斜面間的摩擦因數(shù)〃AB整體相對(duì)

靜止以一定的初速度沿固定的足夠長(zhǎng)的斜面上滑，則下列說(shuō)法正確的是()

A.上滑的過(guò)程AB整體處于失重狀態(tài)

B.上滑到最高點(diǎn)后AB整體將停止運(yùn)動(dòng)

C.A與8之間的摩擦力在上滑過(guò)程中大于下滑過(guò)程

D.A與5之間的摩擦力上滑與下滑過(guò)程中大小相等

5.6—8月是南北方河流的汛期，區(qū)域性暴雨洪澇重于常年，在汛期應(yīng)急搶險(xiǎn)工作中，無(wú)人

機(jī)發(fā)揮著舉足輕重的作用。如圖所示，無(wú)人機(jī)在山區(qū)從足夠高的地方以一定的初速度水平拋

出一個(gè)救災(zāi)物資，經(jīng)過(guò)時(shí)間r后，物資垂直落在一個(gè)傾角為45。的斜坡上，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中空氣

阻力不計(jì)，重力加速度取g,則下列說(shuō)法正確的是（

A.物資在下落過(guò)程中速度變化越來(lái)越快

B.物資在空中下落的水平位移為

C.物資在下落過(guò)程中的初速度為血=gf

D.物資拋出:/時(shí)，豎直位移大小與水平位移大小相等

6.圖甲為豎直固定在水平面上的輕彈簧，仁0時(shí)刻，將一金屬小球從彈簧正上方某一高度

處由靜止釋放，小球落到彈簧上壓縮彈簧到最低點(diǎn)，然后又被彈簧彈起離開(kāi)彈簧，上升到一

定高度后再下落，如此反復(fù)。通過(guò)安裝在彈簧下端的壓力傳感器，測(cè)出此過(guò)程彈簧彈力尸

隨時(shí)間，變化的圖像如圖乙所示，不計(jì)空氣阻力，則在小球與彈簧的第一次接觸中（）

i

1

A.八時(shí)刻小球的速度最大

B.2時(shí)刻小球的速度最大

C.h時(shí)刻小球的加速度最大

D.時(shí)刻小球的加速度最大

二、多選題

7.圖（a）中，質(zhì)量相同的物塊A和木板B（足夠長(zhǎng)）疊放在光滑水平面上，A用一不可伸

長(zhǎng)的水平細(xì)繩固定在豎直墻壁上。f=0時(shí)，B受到水平外力廠的作用；f=4s時(shí)撤去外力。

細(xì)繩對(duì)A的拉力T隨時(shí)間，變化的關(guān)系如圖（b）所示，B的速度u與時(shí)間［的關(guān)系如圖（c）

所示，取g=10m/s2,可以得出（）

A.物塊和木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.02

B.0~2s內(nèi)，力尸對(duì)木板B的沖量為0

C.2s~4s內(nèi)，力F對(duì)木板B做功0.08J

D.在B運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中，A與B間產(chǎn)生的熱量為0.16J

8.如圖所示，兩段輕繩A、B連接兩個(gè)小球1、2,懸掛在天花板上。一輕彈簧C一端連接

球2,另一端固定在豎直墻壁上。兩小球均處于靜止?fàn)顟B(tài)。輕繩A與豎直方向、輕繩B與

水平方向的夾角均為30。，彈簧C沿水平方向。已知重力加速度為g。則()

A.球1和球2的質(zhì)量之比為1：1

B.在輕繩A突然斷裂的瞬間，球1的加速度方向豎直向下

C.在輕繩A突然斷裂的瞬間，球1的加速度大小一定大于g

D.在輕繩A突然斷裂的瞬間，球2的加速度方向一定沿繩B斜向右下方

9.如圖，質(zhì)量均為相的環(huán)A與球8用一輕質(zhì)細(xì)繩相連，環(huán)A套在水平細(xì)桿上，設(shè)有一水平

恒力F作用在球8上，使A環(huán)與8球一起向右勻加速運(yùn)動(dòng).已知細(xì)繩與豎直方向的夾角

6=45°,g為重力加速度，則下列說(shuō)法正確的是

A.輕質(zhì)繩對(duì)8球的拉力大于桿對(duì)A環(huán)的支持力

B.B球受到的水平恒力大于mg

C.若水平細(xì)桿光滑，則加速度等于g

D.若水平細(xì)桿粗糙，則動(dòng)摩擦因數(shù)小于4

2

10.如圖所示，一小車靜止在粗糙水平面上，用細(xì)線OA和A8將一質(zhì)量為加的小球懸掛在

小車中，其中OA與豎直方向成30。角，ZAOB=\5°,AB水平并與固定在小車側(cè)壁上的拉

力傳感器相連。重力加速度g取lOm/s2,不計(jì)空氣阻力，若用水平外力推動(dòng)小車向左做勻加

速直線運(yùn)動(dòng)，欲使傳感器示數(shù)為零，小車傳感器的加速度大小可能為（）

A.3mzs2B.6mzs2C.10m/s2D.20mzs?

11.將甲、乙兩球從足夠高處同時(shí)由靜止釋放。兩球下落過(guò)程所受空氣阻力大小/僅與球的

速率v成正比，與球的質(zhì)量無(wú)關(guān)，即產(chǎn)制。為正的常量）。兩球的修圖象如圖所示。落地

前兩球的速度都已達(dá)到各自的穩(wěn)定值也、也。則下列判斷正確的是（）

A.甲球質(zhì)量大于乙球

B.甲球質(zhì)量小于乙球

C.釋放瞬間甲球加速度較大

D.釋放瞬間兩球加速度一樣大

12.質(zhì)量為1kg的物體從足夠高處由靜止開(kāi)始下落，其加速度“隨時(shí)間，變化的關(guān)系圖象如

圖所示，重力加速度g取10m/s2,下列說(shuō)法正確的是（）

A.2s末物體所受阻力的大小為20N

B.在0~2s內(nèi)，物體所受阻力隨時(shí)間均勻減小

C.在0~2s內(nèi)，物體的動(dòng)能增大了100J

D.在0~ls內(nèi)，物體所受阻力的沖量大小為2.5N-s

13.如圖甲所示，一質(zhì)量m=lkg的物塊靜置在傾角6=37。的斜面上.從t=0時(shí)刻起對(duì)物塊施

加一沿斜面方向的拉力F,取沿斜面向上為正方向，F(xiàn)隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖乙.已知物

塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)N=0.8,取sin37*0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2,物塊與斜面

間的最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，則下列圖象中能正確反映物塊的速度v隨時(shí)間t變化規(guī)

律的是（）

?(■>?/)

C.

23

參考答案

1.B

【詳解】

設(shè)每節(jié)車廂所受阻力均為力倒數(shù)第3節(jié)對(duì)倒數(shù)第2節(jié)車廂的牽引力為尸"則由題意可知

F-6f=6ma

F'_2f=

聯(lián)立解得

F'=-F

3

故選Bo

2.A

【詳解】

由于S-r圖象的斜率表示速度，由圖可知在。?。時(shí)間內(nèi)速度增加，即乘客向下做加速運(yùn)動(dòng)，

加速度方向向下；在。?f2時(shí)間內(nèi)，S—f圖象的斜率保持不變，所以速度不變，即乘客勻速

下降，乘客處于平衡狀態(tài)；在?時(shí)間內(nèi)，S—/圖象的斜率變小，所以速度減小，即乘客

向下減速運(yùn)動(dòng)，加速度方向向上。故A正確，BCD錯(cuò)誤。

故選Ao

3.C

【詳解】

物塊最初處于靜止?fàn)顟B(tài)，設(shè)壓縮量為沏，則有

施加水平力F后，物塊做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，則有

F+k(xo-x)-fimg=ma,

即

F-ma+/.img-k(X{)-x),

因?yàn)槲飰K與彈簧并不拴接，當(dāng)它xo后，彈簧的彈力消失，則

F=fimg+ma,

則全過(guò)程尸與x的關(guān)系是先均勻增大，后恒定不變，故各個(gè)圖像中C正確，ABD錯(cuò)誤.

故選Co

4.AD

【詳解】

A.在上升和下滑的過(guò)程，整體都是只受三個(gè)個(gè)力，重力、支持力和摩擦力，以向下為正方向，

根據(jù)牛頓第二定律得向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中：

(/?A+/MB)^sin0+^=(ZMA+WB)a,

f=ftmgcosB

因此有：a=gsin0+〃gcos6,方向沿斜面向下.所以向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中A、B組成的整體處于

失重狀態(tài).故A符合題意；

B.同理對(duì)整體進(jìn)行受力分析，向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，由牛頓第二定律得：

(WA+/?B)gsinO戶(/MA+WB)a',

得：a'=gsinO-"gcos。

由于〃<tan。，所以a'>0

所以上滑到最高點(diǎn)后4、B整體將向下運(yùn)動(dòng).故B不符合題意；

CD.以8為研究對(duì)象，向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，根據(jù)牛頓第二定律有：

mQgsm,d+f=ma,

解得：戶"加Bgcos?；

向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，根據(jù)牛頓第二定律有：

mBgsinQ-f'=ma',

解得：1=〃WBgcosO；

所以尸=廣，即A與8之間的摩擦力上滑與下滑過(guò)程中大小相等；故C不符合題意，D符合

題意.

5.C

【詳解】

A.物資在下落過(guò)程中做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，加速度為g,故A錯(cuò)誤；

B.經(jīng)過(guò)時(shí)間f后，物資垂直落在一個(gè)傾角為45。的斜坡上，說(shuō)明此時(shí)速度方向與水平方向

夾角為45。，根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)速度偏角的正切值時(shí)位移偏角正切值的兩倍，可得豎直位移與水

平位移之比為

]_2

3gttan45。

%-

解得水平位移為

*=gt▲-2

故B錯(cuò)誤；

C.經(jīng)過(guò)時(shí)間，后，物資垂直落在一個(gè)傾角為45。的斜坡上，說(shuō)明此時(shí)速度方向與水平方向

夾角為45。，則有

tan45。=8

%

解得初速度

v0=gt

故C正確；

D.物資拋出gr時(shí)，豎直位移大小為

2

八上夕=獷

水平位移大小為

，t1,2

豎直位移與水平位移大小不等，故D錯(cuò)誤。

故選Co

6.D

【詳解】

n時(shí)刻小球剛接觸彈簧，還會(huì)繼續(xù)加速下降，由牛頓第二定律可得

mg-kx=ma

隨著壓縮量的增大，加速度減小，當(dāng)彈力等于重力時(shí)，加速度為零，速度才達(dá)到最大，之后,

彈力大于重力，小球減速下降，由牛頓第二定律可得

kx-mg=ma

隨著壓縮量的增大，加速度增大，22時(shí)刻小球到達(dá)最低點(diǎn)，速度為零，彈力達(dá)到最大，加速

度達(dá)到最大。

故選D。

7.AD

【解析】

【詳解】

A.根據(jù)圖像可知2s后，物塊A與木板B發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，物塊A受到滑動(dòng)摩擦力作用，處

于平衡狀態(tài)，有

T=/=0.2N

在4s后撤去外力，分析木板B,水平面光滑，此時(shí)木板B在水平方向上只受到A對(duì)它的滑

動(dòng)摩擦力的作用，此時(shí)木板B的加速度大小為

0.4—0.2

m/s2=0.2m/s2

5-4

根據(jù)牛頓第二定律可得

f'=ma2

解得木板B的質(zhì)量膽=1kg,物塊和木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)

〃=」-=0.02

mg

故A正確；

B.0~2s內(nèi)，整體處于靜止?fàn)顟B(tài)，受力平衡，水平外力尸的大小始終等于繩子的拉力，繩子

的拉力7增大，則力/增大，分析木板B可知力尸對(duì)木板B的沖量不為0,故B錯(cuò)誤；

C.2s~4s內(nèi)，木板B的加速度為

a.--m/s2=0.2m/s2

14-2

根據(jù)牛頓第二定律可得

F-f'=may

解得：F=0.4N,這段時(shí)間內(nèi)，木板B的位移等于v-f圖像圍成的面積為位移，有

x=—x2x0.4m=0.4m

2

力廠對(duì)木板B做功為

W=Er=0.4x0.4J=0.16J

故C錯(cuò)誤。

D.根據(jù)功能關(guān)系可知，力/克服摩擦力做功，產(chǎn)生熱量為

2=W=0.16J

在B運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中，A與B間產(chǎn)生的熱量為0.16J,故D正確。

故選AD。

8.BD

【詳解】

A.對(duì)兩小球1、2受力分析如圖。根據(jù)平衡條件可得，由

FBfnig

見(jiàn)$畝30°=?72g

得

m\=2m2

BCD,在輕繩A突然斷裂的瞬間，彈簧彈力未來(lái)得及變化，則球2所受重力和彈簧彈力收

不變，但繩B對(duì)球2的拉力瞬間變?yōu)?,則球2的合力方向與外方向相反，加速度方向沿

繩B斜向右下方。此時(shí)球1只受重力，加速度方向豎直向下大小等于g。故BD正確C錯(cuò)誤.

故選BD。

9.BCD

【詳解】

A.先后對(duì)A、8受力分析，如圖所示：

7sin450-f=ma①

N—Tcos45°—/”g=0②

其中：

/=③

對(duì)&

F-7sin45°=W4Z④

7cos450-mg=0⑤

由⑤式解得：T=0mg；再代入②式解得：N=2mg；故T<N；故A錯(cuò)誤;

B.將T=0n?g代入④式得到：F=mg+ma>mg；故B正確;

C.若水平細(xì)桿光滑，則/=0；由①式解得：〃=g；故C正確;

D.若水平細(xì)桿粗糙，由①式有:

7sin45°-f=mg-2jumg=ma>0

故〃<，；故D正確；

2

故選BCD.

【點(diǎn)睛】

本題關(guān)鍵是先后對(duì)A、8受力分析，然后根據(jù)牛頓第二定律并結(jié)合正交分解法列式，然后進(jìn)

行討論即可求解.

10.BC

【詳解】

以小球?yàn)檠芯繉?duì)象，小球受到重力、AB的拉力和OA的拉力，要使傳感器示數(shù)為零，則AB

的拉力為零，小球的位置應(yīng)該處于A和4之間，如圖所示，設(shè)OA與豎直方向的夾角為。，

此時(shí)30啜B(30°+2x15°)=60°；

根據(jù)牛頓第二定律可得

mgtan6=ma

解得

a=gtan6

當(dāng)e=30°時(shí)，加速度為

出10g,2

a=——s=----ni/s

33

當(dāng)6=60°時(shí)，加速度為

a=\f?>g-l()V3m/s2

故欲使傳感器示數(shù)為零，小車的加速度大小滿足

m/s?-10V3m/s2

因此小車傳感器的加速度大小可能為6m/s2和lOnVs、

故選BC?

o

11.AD

【解析】

【詳解】

AB、兩球先做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，最后都做勻速運(yùn)動(dòng)，穩(wěn)定時(shí)ku=mg,因此最大速

0c

度與其質(zhì)量成正比，即為小，由圖像知vi>v2.因此mip>m4：故A正確，B錯(cuò)誤.CD、

釋放瞬間v=0,因此空氣阻力f=0,兩球均只受重力，加速度均為重力加速度g.故C、D

正確.故選：AD.

12.D

【詳解】

A.2s末物體的加速度為零，則此時(shí)阻力等于重力，即所受阻力的大小為10N,故A錯(cuò)誤;

B.根據(jù)牛頓第二定律有

mg-f=tna

可得

f=mg-ma

在0~2s內(nèi)，物體加速度隨時(shí)間均勻減小，則所受阻力隨時(shí)間均勻增大，故B錯(cuò)誤；

C.根據(jù)物體加速度?隨時(shí)間r變化的關(guān)系圖象與坐標(biāo)軸所圍圖形的面積表示速度變化量可

知，在0~2s內(nèi)，物體的速度增加了

Av=-x2xl0m/s=10m/s

2

即z=2s時(shí)速度為

v=10m/s

則在0~2s內(nèi)，物體的動(dòng)能增大了