高考二輪專題復(fù)習(xí)：專題02　牛頓運(yùn)動定律與直線運(yùn)動（解析版）

學(xué)而優(yōu)教有方專題02牛頓運(yùn)動定律與直線運(yùn)動【命題規(guī)律】1、命題角度：（1）勻變速直線運(yùn)動規(guī)律及應(yīng)用；（2）牛頓運(yùn)動定律及應(yīng)用；（3）運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)圖像.2、?？碱}型：選擇題．【知識薈萃】★考向一勻變速直線運(yùn)動規(guī)律的應(yīng)用基本公式v＝v0＋at，x＝v0t＋eq\f(1,2)at2，v2－veq\o\al(2,0)＝2ax。重要推論veq\s\do9(\f(t,2))＝eq\f(v0＋v,2)（利用平均速度求瞬時速度）；veq\s\do9(\f(x,2))＝eq\r(\f(veq\o\al(2,0)＋v2,2))；Δx＝aT2（用逐差法測加速度）。符號法則選定正方向，將矢量運(yùn)算轉(zhuǎn)化為代數(shù)運(yùn)算。1．勻變速直線運(yùn)動問題常用的六種解題方法2．兩種勻減速直線運(yùn)動的分析方法（1）剎車問題的分析末速度為零的勻減速直線運(yùn)動問題常用逆向思維法，對于剎車問題，應(yīng)先判斷車停下所用的時間，再選擇合適的公式求解．（2）雙向可逆類運(yùn)動分析勻減速直線運(yùn)動速度減為零后反向運(yùn)動，全過程加速度的大小和方向均不變，故求解時可對全過程列式，但需注意x、v、a等矢量的正負(fù)及物理意義．3．處理追及問題的常用方法過程分析法函數(shù)法Δx＝x乙＋x0－x甲為關(guān)于t的二次函數(shù)，當(dāng)t＝－eq\f(b,2a)時有極值，令Δx＝0，利用Δ＝b2－4ac判斷有解還是無解，是追上與追不上的條件圖像法畫出v－t圖像，圖線與t軸所圍面積表示位移，利用圖像更直觀★考向二牛頓運(yùn)動定律的應(yīng)用動力學(xué)兩類基本問題的解題思路1．超重與失重2．瞬時加速度問題★考向三連接體問題1．整體法與隔離法的選用技巧整體法的選取原則若連接體內(nèi)各物體具有相同的加速度，且不需要求物體之間的作用力隔離法的選取原則若連接體內(nèi)各物體的加速度不相同，或者需要求出系統(tǒng)內(nèi)物體之間的作用力整體法、隔離法的交替運(yùn)用若連接體內(nèi)各物體具有相同的加速度，且需要求出物體之間的作用力，可以先整體求加速度，后隔離求內(nèi)力2.連接體問題中常見的臨界條件接觸與脫離接觸面間彈力等于0恰好發(fā)生滑動摩擦力達(dá)到最大靜摩擦力繩子恰好斷裂繩子張力達(dá)到所承受的最大力繩子剛好繃直與松弛繩子張力為03.常見連接體三種情況中彈簧彈力、繩的張力相同且與接觸面是否光滑無關(guān)常用隔離法常會出現(xiàn)臨界條件★考向四運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)圖像1．常見圖像常見圖像斜率k面積兩圖像交點(diǎn)x－t圖像eq\f(Δx,Δt)＝v表示相遇v－t圖像eq\f(Δv,Δt)＝a位移x不表示相遇，往往是距離最大或最小的臨界點(diǎn)a－t圖像速度變化Δv表示此時加速度相等2.非常規(guī)圖像非常規(guī)圖像（舉例）函數(shù)表達(dá)式斜率k縱截距bv2－x圖像由v2－v02＝2ax得v2＝v02＋2ax2av02eq\f(x,t)－t圖像由x＝v0t＋eq\f(1,2)at2得eq\f(x,t)＝v0＋eq\f(1,2)ateq\f(1,2)av0a－F圖像由F－μmg＝ma得a＝eq\f(F,m)－μgeq\f(1,m)－μg【經(jīng)典例題】【例題1】．某同學(xué)將鐵架臺放在豎直電梯的底板上，將力傳感器上端固定在鐵架臺的鐵夾上，力傳感器下端懸掛一個質(zhì)量為m的鉤碼。當(dāng)電梯從1樓由靜止開始運(yùn)行到5樓停止的過程中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到傳感器受到的拉力F隨時間t的變化如圖所示，忽略由于輕微抖動引起的示數(shù)變化。下列說法正確的是（）A．a(chǎn)bc過程與def過程中電梯運(yùn)動的方向相反B．a(chǎn)b過程鉤碼處于超重狀態(tài)，bc過程鉤碼處于失重狀態(tài)C．a(chǎn)bc過程中鉤碼的機(jī)械能先增加后減少D．曲線abc與線段ac包圍的面積等于曲線def與線段df包圍的面積【答案】D【解析】A．當(dāng)電梯從1樓由靜止開始運(yùn)行到5樓停止的過程中運(yùn)動方向沒有發(fā)生變化，選項A錯誤；B．由圖可知ab過程和bc過程拉力F均大于重力，說明鉤碼處于超重狀態(tài)，加速度向上，電梯加速上升，選項B錯誤；C．a(chǎn)bc過程中電梯加速上升，當(dāng)加速上升過程中，鉤碼的機(jī)械能增加，選項C錯誤；D．F-t圖像中面積表示力對時間的積累，即沖量。由圖可知，從a到f記錄了電梯的一個運(yùn)動過程：先向上加速，然后勻速，最后減速；即加速過程和減速過程的動量變化量大小相等，由動量定理可知，加速過程和減速過程的合外力沖量相等，故曲線abc與線段ac包圍的面積等于曲線def與線段df包圍的面積，選項D正確。故選D?！纠}2】．甲、乙兩輛小汽車在平直的路面上同向運(yùn)動，以兩車并排時的位置為位移起點(diǎn)，其位移x與速度平方變化的關(guān)系如圖所示，由圖可知（）A．乙車的加速度逐漸增大 B．甲車的加速度逐漸增大C．甲比乙早到達(dá)處 D．兩車在處再次相遇【答案】C【解析】AB．根據(jù)公式易知甲圖線斜率一直增加，其加速度減?。灰覉D線斜率為一定值，其加速度保持不變。故AB錯誤；CD．由圖可知，兩車在到達(dá)x1之前，在相同的位移時甲的速度都比乙的大，甲車的平均速度大于乙車，由公式可知甲比乙早到達(dá)處。所以兩車不可能在處再次相遇。故C正確；D錯誤。故選C?！纠}3】．如圖所示，一個小球以初速度10m/s從斜面底端O沖上一固定斜面，A、B、C依次是斜面上的三個點(diǎn)，AC間距為8m，B為AC中點(diǎn)。經(jīng)過2s，小球第一次通過A點(diǎn)，又經(jīng)4s第二次通過C點(diǎn)，不計一切摩擦，則下列說法正確的是（）A．質(zhì)點(diǎn)的加速度大小為3m/s2B．OA間距為8m.C．第一次通過B點(diǎn)的速度大小一定為m/sD．第3s末經(jīng)過B點(diǎn)【答案】C【解析】AB．根據(jù)勻變速直線運(yùn)動規(guī)律，設(shè)OA間距為x，有質(zhì)點(diǎn)經(jīng)3t第二次通過C點(diǎn)，有聯(lián)立可得，x=16m故AB錯誤；C．B點(diǎn)為AC的中間位置，OB間距為x1=x+4m=20m由得故C正確；D．由得故D錯誤。故選C?！纠}4】．太空授課中，王亞平演示了測量物體質(zhì)量的實驗，讓廣大青少年領(lǐng)悟到了太空探索的趣味和航天員的魅力。某中學(xué)興趣小組就在軌做勻速圓周運(yùn)動的天宮空間站內(nèi)“測物體質(zhì)量”的問題，設(shè)計了下列四個方案，其中正確的是（）A．像在地面上那樣，用天平可直接測出待測物體質(zhì)量mB．根據(jù)已知的軌道半徑、地球質(zhì)量、引力常量等，計算出空間站所在處的重力加速度g，再用彈簧秤測出物體重力G，利用公式求出待測物體質(zhì)量mC．讓待測物體與已知質(zhì)量的靜止物體正碰，測出兩物體碰撞前后（相對于空間站）的速度，再利用求出待測物體質(zhì)量D．使待測物體受到沿運(yùn)行軌道切向的己知恒力F的作用，測出（相對于空間站）從靜止開始經(jīng)很短時間t移動的位移x，再利用求出待測物體質(zhì)量m【答案】D【解析】AB．在天宮空間站中，所有的物體都處于完全失重狀態(tài)，一切與重力有關(guān)的儀器都不能使用，所以天平不能直接測出物體的質(zhì)量m，彈簧秤也不能測出物體的重力G，故AB錯誤；C．因為不能確定兩物體的碰撞是否為彈性碰撞，因此碰撞前后兩物體組成的系統(tǒng)的機(jī)械能不一定守恒，故C錯誤；D．在運(yùn)行軌道切向，待測物體受恒力作用，相對空間站做勻加速運(yùn)動（很短時間可近似看做勻加速直線運(yùn)動）則由可得由牛頓第二定律解得故D正確；故選D?！揪x習(xí)題】一、單選題1．時隔8年之后，2021年12月9日我國宇航員王亞平再次進(jìn)行太空授課，引發(fā)了我國很多中小學(xué)生對微重力下液體內(nèi)部的受力情況感到好奇，某同學(xué)為了在地面探究微重力下液體內(nèi)部的受力情況，設(shè)計了如下實驗，如圖所示，密度為的木球與輕質(zhì)彈簧相連后置于充滿水的密閉容器中彈簧的另一端固定于容器的底部。水與木球的密度差為（>0），重力加速度為g。初始時整個系統(tǒng)靜止，現(xiàn)將容器由靜止釋放，則釋放瞬間木球相對于地面的加速度大小為（）A．g B． C． D．【答案】D【解析】初始時整個系統(tǒng)靜止，彈力為Fk，對木球分析釋放瞬間，彈力不變，系統(tǒng)處于完全失重狀態(tài)，浮力消失故選D。2．如圖所示傾角為30°的斜面放在地面上，一小滑塊可看成質(zhì)點(diǎn)從斜面底端A沖上斜面，到達(dá)最高點(diǎn)D后又返回A點(diǎn)，斜面始終保持靜止，已知滑塊上滑過程經(jīng)過AB，BC，CD的時間相等，且BC比CD長0.8m，上滑時間為下滑時間的一半，下列說法正確的是（g取10m/s2）（）A．滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為岀B．地面對斜面的摩擦力先向右后向左C．斜面長為3.6mD．滑塊向上運(yùn)動的過程中，地面受到的壓力大于斜面體和滑塊的總重力【答案】C【解析】A.設(shè)斜面得長度為，物塊減速上滑的過程中，加速度的大小為，所用時間為，物塊加速下滑的過程中，加速度的大小為，所用時間為，上滑時間為下滑時間的一半，可得可得由牛頓第二定律可得解得A錯誤；C.滑塊上滑過程經(jīng)過AB，BC，CD的時間相等，設(shè)為，由勻變速直線運(yùn)動規(guī)律可知解得C正確；BD.無論是物體向上滑動還是向下滑動，物體的加速度都沿斜面向下，物體在水平面方向的分加速度始終向左，在豎直方向上的分加速度始終向下，物體和斜面體組成的系統(tǒng)始終受到地面向左的摩擦力，物體和斜面體組成的系統(tǒng)處于失重狀態(tài)，地面受到的壓力小于斜面體和滑塊的總重力，BD錯誤。故選C。3．圖甲所示的救生緩降器由掛鉤（或吊環(huán)）、吊帶、繩索及速度控制裝置等組成，是一種可使人沿（隨）繩（帶）緩慢下降的安全營救裝置。如圖乙所示，高層建筑工人在一次險情中，將安全帶系于腰部，從離地面某高度處通過鋼絲繩先勻加速運(yùn)動后勻減速運(yùn)動安全著陸，圖丙是工人運(yùn)動全過程的圖像。已知工人的質(zhì)量m=70kg，，則下列說法中錯誤的是（）A．發(fā)生險情處離地面的高度為B．加速下滑時鋼絲繩對工人的拉力大小為C．整個過程中工人所受重力做功為31500JD．時鋼絲繩對工人拉力的瞬時功率為630W【答案】D【解析】A．根據(jù)v-t圖像與坐標(biāo)軸所圍面積表示位移可知發(fā)生險情處離地面的高度為故A正確；B．根據(jù)v-t圖像的斜率表示加速度可得工人加速下滑時的加速度大小為根據(jù)牛頓第二定律可得加速下滑時鋼絲繩對工人的拉力大小為故B正確；C．整個過程中工人所受重力做功為故C正確；D．t=4s時工人的加速度大小為工人的速度大小為此時鋼絲繩對工人的拉力大小為此時鋼絲繩對工人拉力的瞬時功率為故D錯誤。本題選錯誤的，故選D。4．我國自主研發(fā)的“直8”消防滅火直升機(jī)，已多次在火場大顯“神威”。在某次消防滅火行動中，“直8”通過一根長繩子吊起質(zhì)量為的水桶（包括水），起飛時，在內(nèi)將水桶（包括水）由靜止開始豎直向上勻加速提升了，重力加速度g取，不計空氣阻力，則該段時間內(nèi)繩子拉力大小為（）A． B． C． D．【答案】B【解析】由勻變速直線運(yùn)動規(guī)律水桶（包括水）的加速度以水桶（包括水）為研究對象得繩子拉力故選項B正確。5．如圖甲所示，一質(zhì)量為m的物塊在t=0時刻，以初速度v0沿足夠長、傾角為的粗糙固定斜面底端向上滑行，物塊速度隨時間變化的圖象如圖乙所示。t0時刻物塊到達(dá)最高點(diǎn)，3t0時刻物塊又返回底端。下列說法正確的是（）A．斜面傾角θ的正弦值為B．物塊從t=0時刻開始運(yùn)動到返回底端的過程中動量變化量的大小為C．物塊從開始運(yùn)動到返回底端的過程中重力的沖量為D．不能求出3t0時間內(nèi)物塊克服摩擦力所做的功【答案】A【解析】B．由圖可知：以沿斜面向上為正方向；設(shè)物體返回底端時的速度大小為v，那么根據(jù)上滑、下滑過程位移相同，總位移為零，由圖像可得解得那么，物塊從時刻開始運(yùn)動到返回底端的過程中動量變化量為故B錯誤；C．物塊從開始運(yùn)動到返回底端的過程中用時，故該過程重力的沖量大小為故C錯誤；A．物體上滑時，根據(jù)牛頓牛頓第二定律解得物體下滑時，根據(jù)牛頓牛頓第二定律解得聯(lián)立解得故A正確；D．根據(jù)動能定理即可求得克服摩擦力做的功為故D錯誤。故選A。6．如圖所示，在粗糙水平面上向左運(yùn)動的物塊在時刻速度大小為，此時對物體施加水平向右的恒力F，時刻物塊的速度大小為0，時刻物塊的速度大小仍是。已知物塊的質(zhì)量為m，重力加速度為g，下列說法正確的是（）A．物塊在恒力F作用下做勻變速直線運(yùn)動B．物塊在的平均速度大小為0C．物塊與水平面的動摩擦因數(shù)為D．在時間內(nèi)，物塊克服摩擦力做功為【答案】D【解析】AC．在時間內(nèi)，物體做勻減速運(yùn)動，根據(jù)牛頓第二定律又在時間內(nèi)，物體反向做勻加速運(yùn)動，根據(jù)牛頓第二定律可知又聯(lián)立解得，，AC錯誤；B．在時間內(nèi)，物體向左運(yùn)動的位移大小在時間內(nèi)，物體向右運(yùn)動的位移大小因此這段時間內(nèi)的平均速度大小B錯誤D．在時間內(nèi)，克服摩擦力做的功在時間內(nèi)，克服摩擦力做的功因此在時間內(nèi)，物塊克服摩擦力做功為D正確。故選D。二、多選題7．一輕彈簧左端固定在粗糙平直軌道上，右端被一物塊壓縮；解除壓縮，光電門傳感器測得物塊離開彈簧時速度為3m/s，此后物塊運(yùn)動0.6s停在軌道上，離開彈簧后物塊通過的這段軌道長度是L，然后，在這段軌道的后部分灑上水，在同樣初始條件下解除彈簧壓縮，測得物塊通過這段軌道總共用時0.45s。不計空氣阻力，g取10m/s2。則灑水后（??）A．物塊與軌道間的動摩擦因數(shù)比灑水前小0.18B．物塊與軌道間的動摩擦因數(shù)比灑水前小約0.167C．物塊離開這段軌道時速度是1m/sD．物塊離開這段軌道時的機(jī)械能是離開彈簧時的16%【答案】AD【解析】AB．設(shè)灑水后物塊與軌道間的動摩擦因數(shù)比灑水前小，灑水前，物塊加速度大小根據(jù)牛頓第二定律得根據(jù)速度位移關(guān)系有得灑水后，在這段軌道的前部分，有解得（另一解不符題意，舍去）在這段軌道的后部分，根據(jù)牛頓第二定律用時根據(jù)運(yùn)動學(xué)規(guī)律解得故A正確，B錯誤；C．物塊離開這段軌道時速度故C錯誤；D．物塊離開這段軌道時的機(jī)械能與離開彈簧時的機(jī)械能比值為故D正確。故選AD。8．“娛樂風(fēng)洞”是一項新型娛樂項目，在一個特定的空間內(nèi)通過風(fēng)機(jī)制造的氣流把人“吹”起來，使人產(chǎn)生在天空翱翔的感覺。其簡化模型如圖所示，一質(zhì)量為m的游客恰好靜止在直徑為d的圓柱形豎直風(fēng)洞內(nèi)，已知?dú)饬髅芏葹?，游客受風(fēng)面積（游客在垂直風(fēng)力方向的投影面積）為S，風(fēng)洞內(nèi)氣流豎直向上“吹”出且速度恒定，重力加速度為g。假設(shè)氣流吹到人身上后速度變?yōu)榱?，則下列說法正確的是（）A．氣流速度大小為B．單位時間內(nèi)流過風(fēng)洞內(nèi)某橫截面的氣體體積為C．單位時間內(nèi)風(fēng)機(jī)做的功為D．若風(fēng)速變?yōu)樵瓉淼?，游客開始運(yùn)動時的加速度大小為【答案】AC【解析】A．對時間內(nèi)吹向游客的氣體，設(shè)氣體質(zhì)量為，由動量定理可得由于游客處于靜止?fàn)顟B(tài)，故滿足另外聯(lián)立可得A正確；B．單位時間內(nèi)流過風(fēng)洞某橫截面的氣體體積為聯(lián)立解得B錯誤；C．風(fēng)洞單位時間流出的氣體質(zhì)量為M單位時間內(nèi)風(fēng)機(jī)做的功為C正確；D．若風(fēng)速變?yōu)樵瓉淼?，設(shè)風(fēng)力為，由動量定理可得另外聯(lián)立可得由牛頓第二定律可得解得D錯誤。故選AC。9．子彈垂直射入疊在一起的厚度相同，材質(zhì)相同的木板，穿過第20塊木板后速度恰好變?yōu)?，可以把子彈視為質(zhì)點(diǎn)，已知子彈在木板中運(yùn)動的總時間是t，認(rèn)為子彈在木板中運(yùn)動的加速度都相同，則（）A．子彈穿過第一塊木板所用的時間是tB．子彈穿過前15塊木板所用的時間是C．子彈穿過第15塊所用的時間是D．子彈穿過最后4塊所用的時間是t【答案】CD【解析】A．子彈做勻減速運(yùn)動穿過第20塊木板后速度變?yōu)?，運(yùn)用逆向思維法，子彈反向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動，設(shè)每塊木板的厚度為s，則有當(dāng)n=20時，有穿過第1塊木板后n=19，有聯(lián)立可得穿過第1塊木板所用的時間故A錯誤；B．穿過前15塊木板后n=5，有可得子彈穿過前15塊木板所用的時間是故B錯誤；C．子彈穿過前14塊木板后n=6，有可得則子彈穿過第15塊所用的時間是故C正確；D．子彈穿過最后4塊所用的時間由可得故D正確。故選CD。10．如圖甲所示，為測定物體沖上粗糙斜面能達(dá)到的最大位移x與斜面傾角θ的關(guān)系，將某一物體每次以不變的初速率v0沿足夠長的斜面向上推出，調(diào)節(jié)斜面與水平方向的夾角θ，實驗測得x與斜面傾角θ的關(guān)系如圖乙所示，重力加速度取g＝10m/s2。根據(jù)圖像可求出（）A．物體的初速度是6m/sB．物體與斜面間的動摩擦因數(shù)μ為0.75C．當(dāng)斜面傾角θ=45時，物體在斜面上能達(dá)到的位移最小D．物體在斜面上能達(dá)到的位移x的最小值是1.44m【答案】ABD【解析】A．由圖可知，當(dāng)θ=90°時物體做豎直上拋運(yùn)動，位移為由豎直上拋運(yùn)動規(guī)律可知解得故A正確；B．當(dāng)θ=0°時，位移為由動能定理得解得故B正確；CD．由動能定理得解得其中當(dāng)即此時位移最小故C錯誤，D正確。故選ABD。三、解答題11．運(yùn)動員把冰壺沿水平冰面投出，讓冰壺在冰面上自由滑行，在不與其他冰壺碰撞的情況下，最終停在遠(yuǎn)處的某個位置。按比賽規(guī)則，投擲冰壺運(yùn)動員的隊友，可以用毛刷在冰壺滑行前方來回摩擦冰面，減小冰面的動摩擦因數(shù)以調(diào)節(jié)冰壺的運(yùn)動。（1）運(yùn)動員以的速度投擲冰壺，若冰壺和冰面的動摩擦因數(shù)為0.02，冰壺能在冰面上滑行多遠(yuǎn)？g??；（2）若運(yùn)動員