2020版高考物理总复习第四章牛顿运动定律考点强化练9直线运动中力和运动的综合应用.docx

考点强化练9直线运动中力和运动的综合应用1.(2018浙江杭州预测)2018年02月07日人类现役运力最强的火箭重型猎鹰(Falcon Heavy)成功在肯尼迪航天中心完成了发射并完成一、二级火箭回收。其中一级火箭回收的过程可以简化为:猎鹰火箭发射上升至3 436 m的高空后开始下落,经过几秒到达距地面3 256 m高度处,立即打开反推器开始匀速下降50 s,快到达地面前改变反推器而减速,成功落地时速度为4 m/s。重力加速度的大小g取10 m/s2,不考虑空气阻力。(1)求该火箭从静止开始下落至3 256 m高度处所需的时间及其在此处速度的大小;(2)若该火箭总质量m=5 000 kg,试求火箭在减速下降时受反推器作用力的大小。2.如图甲所示,初始有一质量m=5 kg的物块以速度v0=10 m/s在水平地面上向右滑行,在此时刻给物块施加一水平外力F,外力F随时间t的变化关系如图乙所示,作用3 s时间后撤去外力F,规定水平向右为正方向,已知物块与地面间的动摩擦因数=0.2,重力加速度g取10 m/s2。求:(1)撤去拉力F时物块的速度大小;(2)物块向右滑行的总位移。3.(20172018学年浙江台州市书生中学高一上)如图质量为2 kg的物体在40 N水平推力作用下,1 s内沿竖直墙壁从静止开始下滑3 m。求:(g取10 m/s2)(1)物体与墙间的动摩擦因数;(2)若在1 s末时把水平推力改为140 N,计算物体一共能够滑动的位移。4.(20172018学年浙江宁波北仑中学高二下学期期中)如图甲所示,滑沙运动时,沙板相对沙地的速度大小会影响沙地对沙板的摩擦因数。假设滑沙者的速度超过8 m/s时,滑沙板与沙地间的动摩擦因数就会由1=0.5变为2=0.25。可简化为如图乙所示,一滑沙者从倾角=37的坡顶A处由静止开始下滑,滑至坡底B(B处为一平滑小圆弧)后又滑上一段水平地面,最后停在C处。已知滑板与水平地面的动摩擦因数恒为3=0.4,AB坡长L=26 m,sin 37=0.6,不计空气阻力,求滑沙者(1)到B处时的速度大小;(2)在水平地面上运动的最大距离;(3)在AB段下滑与BC段滑动的时间之比。5.甲(20172018学年浙江金华一中高一上学期第二次段考)如图甲所示,木板OA可绕轴O在竖直平面内转动,某研究小组利用此装置探索物块在方向始终平行于斜面、大小为F=8 N的力作用下加速度与斜面倾角的关系。已知物块的质量m=1 kg,通过DIS实验,得到如图乙所示的加速度与斜面倾角的关系图线。若物块与木板间的动摩擦因数为0.2,假定物块与木板间的最大静摩擦力始终等于滑动摩擦力,g取10 m/s2。试问:(1)图乙中图线与纵坐标交点a0多大?(2)图乙中图线与轴交点坐标分别为1和2,木板处于该两个角度时的摩擦力指向何方?说明在斜面倾角处于1和2之间时物块的运动状态。乙(3)如果木板长L=2 m,倾角为37,物块在F的作用下由O点开始运动,为保证物块不冲出木板顶端,力F最多作用多长时间?(sin 37=0.6,cos 37=0.8)6.每逢周末,许多餐厅生意火爆,常常人满为患,为能服务更多的顾客,服务员需要用最短的时间将菜肴送至顾客处。某次服务员用单手托托盘方式(如图),要求全程托盘水平,托盘和手之间的动摩擦因数为0.2,碗和托盘之间的动摩擦因数为0.125,服务员上菜最大速度为2.5 m/s,位移10 m,假设服务员加速、减速运动过程中是匀变速直线运动,且可认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力。(重力加速度g取10 m/s2)(1)求服务员运动的最大加速度;(2)求服务员上菜所用的最短时间;(3)若服务员不小心手上沾了油,手和托盘间的动摩擦因数变成了0.1,碗和托盘之间的动摩擦因数不变,求服务员的最大加速度。7.如图所示,将质量m=1 kg的圆环套在固定的倾斜直杆上,杆的倾角为37,环的直径略大于杆的截面直径。对环施加一位于竖直平面内斜向上与杆夹角为37的拉力F=10 N,使圆环由静止开始沿杆加速向上运动,已知环与杆间动摩擦因数=0.5。求:(1)F作用2 s时圆环的速度是多大?(2)2 s后撤去力F,圆环继续沿杆上滑的最大距离是多少?8.如图所示,倾角为37,长为L=16 m的传送带,转动速度为v=10 m/s,动摩擦因数=0.5,在传送带顶端A处无初速度地释放一个质量为m=0.5 kg的物体。已知sin 37=0.6,cos 37=0.8,g取10 m/s2。求:(1)传送带顺时针转动时,物体从顶端A滑到底端B的时间;(2)传送带逆时针转动时,物体从顶端A滑到底端B的时间。9.风洞是一种人工产生和控制气流的管道状实验设备,以模拟飞行器或物体周围气体的流动,研究气流对物体的作用。在风洞飞行表演中,设表演者的质量m=60 kg,稳定的气流作用于人体向上产生大小不变的风力。(g取10 m/s2)(1)在某次表演中,表演者从静卧于高度为0的安全网上开始,经过t=2 s到达h=4 m的高处,求表演者受到的风力大小。(2)假定风洞的总高度h0=25 m,而且距底部安全网10 m以上范围内风力的大小变为540 N(方向不变),要表演者不离开风洞口,求风力作用时间不能超过多少。10.民航客机都有紧急出口,发生意外情况时打开紧急出口,狭长的气囊会自动充气生成一条通向地面的斜面,乘客可沿斜面滑行到地面上。如图所示,某客机紧急出口离地面高度AB=3.0 m,斜面气囊长度AC=5.0 m,要求紧急疏散时乘客从气囊上由静止下滑到地面的时间不超过2 s,g取10 m/s2,求:(1)乘客在气囊上滑下的加速度至少为多大?(2)乘客和气囊间的动摩擦因数不得超过多大?(忽略空气阻力)考点强化练9直线运动中力和运动的综合应用1.答案 (1)6 s60 m/s(2)85 000 N解析 (1)物体做自由落体运动,由公式h=及公式v1=gt1代入数据可求得:t1=6 s;v1=60 m/s。(2)物体匀速下降时,设下降的高度为h2,时间为t2则:h2=v1t2解得:h2=3 000 m。物体减速时:F-mg=mav2-=-2ah3h3=3 256-3 000=256 m解得:F=85 000 N2.答案 (1)2 m/s(2)19 m解析 (1)在第1 s内物体的加速度大小为a1=4 m/s2第1 s末的速度v1=v0-a1t=6 m/s。在第2 s内加速度大小为a2=0,即物块做匀速直线运动。在第3 s内加速度大小为a1=4 m/s2。所以撤去F时物块的速度大小为v=v1-a1t=2 m/s。(2)撤去F之后,物块的加速度大小为a3=2 m/s2,运动时间t=1 s。物块运动的v-t图象如图所示,物块向右滑行的总位移为x=t+v1t+t+t=19 m。3.答案 (1)0.2(2)7.5 m解析 (1)由位移时间公式得:H=at2解得:a=6 m/s2。由牛顿第二定律知:mg-Ff=ma所以有:Ff=mg-ma=(210-26)N=8 N。由滑动摩擦力公式Ff=FN得:=0.2。(2)1 s末物体的速度v1=at=6 m/s当推力为140 N时,摩擦力变为:Ff=0.2140 N=28 N20 N;故物体做减速运动;加速度a= m/s2=-4 m/s2物体最终会静止在竖直墙壁上,下落的距离为:H= m=4.5 m;物体一共能够滑动的位移:h=H+H=7.5 m。4.答案 (1)12 m/s(2)18 m(3)53解析 (1)滑沙板的速度较小时:ma1=mgsin -1mgcos 代入数据可得:a1=2 m/s2速度达到8 m/s时的位移:x1= m=16 m。滑沙板的速度较大时:ma2=mgsin -2mgcos 代入数据可得:a2=4 m/s2设到达B的速度为v2,则:=2a2(L-x1)代入数据可得:v2=12 m/s。(2)滑沙板在水平面上的加速度:a3=-3g=-4 m/s2由位移速度公式可得:x3= m=18 m。(3)滑沙板的速度达到8 m/s的时间:t1= s=4 s第二段时间:t2= s=1 s滑沙板在水平面上的时间:t3= s=3 s所以在AB段下滑与BC段滑动的时间之比:5.答案 (1)6 m/s2(2)当木板倾角为1时,摩擦力沿斜面向下;当木板倾角为2时,摩擦力沿斜面向上;当角处于1和2之间时物块静止(3)3.1 s解析 (1)当木板水平放置时,物块的加速度为a0,此时滑动摩擦力Ff=FN=mg=0.2110 N=2 N由牛顿第二定律F-Ff=ma0求得a0= m/s2=6 m/s2(2)当木板倾角为1时,摩擦力沿斜面向下;当木板倾角为2时,摩擦力沿斜面向上;当角处于1和2之间时物块静止。(3)力F作用时间最长时,撤去力后物块滑到斜面顶端时速度恰好减小到零。设力F作用时物块的加速度为a1,由牛顿第二定律得:F-mgsin 37-mgcos 37=ma1a1= m/s2=0.4 m/s2撤去力F后物块的加速度大小为a2,由牛顿第二定律mgsin 37+mgcos 37=ma2a2= m/s2=7.6 m/s2设物块不冲出木板顶端,力F最长作用时间为t。则撤去力F时的速度v=a1t位移s1=a1t2撤去力F后运动的距离s2=由题意有L=s1+s2由以上各式得t= s3.1 s6.答案 (1)1.25 m/s2(2)6 s(3)1 m/s2解析 (1)设碗的质量为m,托盘的质量为M,以最大加速度运动时,以碗为研究对象,根据牛顿第二定律得Ffm=1mg=ma,a=1g=1.25 m/s2对碗和托盘整体,根据牛顿第二定律得Ff=2(M+m)g=(M+m)a,解得a=2 m/s2要使碗不打滑,故最大加速度为a=1.25 m/s2(2)加速运动时间t1=2 s,位移x1=vmt1=2.52=2.5 m,减速运动的时间t2=t1=2 s,位移x2=x1=2.5 m,匀速运动位移x3=L-x1-x2=5 m,匀速运动时间t3=2 s,最短时间t=t1+t2+t3=6 s。(3)碗与托盘相对静止a11g=0.12510=1.25 m/s2,手与托盘相对静止a22g=0.110 m/s2=1 m/s2,要使托盘不滑落,最大加速度am=1 m/s2。7.答案 (1)2 m/s(2)0.2 m解析 (1)由受力分析和牛顿第二定律及运动学规律可知Fcos 37-mgsin 37-Ff=ma1,mgcos 37=FN+Fsin 37,Ff=FN,2 s时圆环的速度v=a1t1,联立解得v=2 m/s。(2)撤去外力后,由牛顿第二定律及运动学规律得mgsin 37+Ff=ma2,FN=mgcos 37,Ff=FN,代入数值解得t2=0.2 s,x1=t2=0.2 m。8.答案 (1)4 s(2)2 s解析 (1)传送带顺时针转动时,物体相对传送带向下运动,则物体所受滑动摩擦力沿斜面向上,相对传送带向下匀加速运动根据牛顿第二定律有mgsin 37-mgcos 37=ma解得a=2 m/s2根据L=at2得t=4 s。(2)传送带逆时针转动,当物体下滑速度小于传送带转动速度时,物体相对传送带向上运动,则物体所受滑动摩擦力沿传送带向下,设物体的加速度大小为a1,由牛顿第二定律得mgsin 37+mgcos 37=ma1,则有a1=10 m/s2设当物体运动速度等于传送带转动速度时经历的时间为t1,位移为x1,则有t1=1 s,x1=a1=5 mmgcos 37,则下一时刻物体相对传送带向下运动,受到传送带向上的滑动摩擦力。设当物体下滑速度大于传送带转动速度时物体的加速度为a2,则mgsin 37-mgcos 37=ma2,解得a2=2 m/s2x2=L-x1=11 m,又因为x2=vt2+a2,解得t2=1 s(t2=-11 s舍去),所以t总=t1+t2=2 s。9.答案 (1)720 N(2)(3) s解析 (1)由匀加速上升h=,得a=2 m/s2,由F-mg=ma,得F=720 N。(2)10 m内:由=2a1h1,得v1=2 m/s,由v1=a1t1,得t