高考一轮专题：牛顿运动定律(有答案)

1 专题 牛顿运动定律 考点一 对牛顿第一定律的理解 1 指出了物体的一种固有属性 牛顿第一定律揭示了物体所具有的一个固有属性 惯性 即物体总保持原有运动状态不变的一种性 质 2 揭示了力的本质 牛顿第一定律明确了力是改变物体运动状态的原因 而不是维持物体运动的原因 物体的运动不需 要力来维持 3 揭示了不受力作用时物体的运动状态 牛顿第一定律描述的只是一种理想状态 而实际中不受力作用的物体是不存在的 当物体受外力作 用但所受合力为零时 其运动效果跟不受外力作用时相同 物体将保持静止或匀速直线运动状态 1 关于惯性 下列说法中正确的是 A 磁悬浮列车能高速行驶是因为列车浮起后惯性小了 B 卫星内的仪器由于完全失重惯性消失了 C 铁饼运动员在掷出铁饼前快速旋转可增大铁饼的惯性 使铁饼飞得更远 D 月球上物体的重力只有在地球上的 1 6 但是惯性没有变化 2 多选 伽利略根据小球在斜面上运动的实验和理想实验 提出了惯性的概念 从而奠定了牛顿力 学的基础 早期物理学家关于惯性有下列说法 其中正确的是 A 物体抵抗运动状态变化的性质是惯性 B 没有力的作用 物体只能处于静止状态 C 行星在圆周轨道上保持匀速率运动的性质是惯性 D 运动物体如果没有受到力的作用 将继续以同一速度沿同一直线运动 考点二 对牛顿第三定律的理解 1 作用力与反作用力的 三同 三异 三无关 2 应用牛顿第三定律时应注意的问题 1 定律中的 总是 二字说明对于任何物体 在任何条件下牛顿第三定律都是成立的 2 牛顿第三定律说明了作用力和反作用力中 若一个产生或消失 则另一个必然同时产生或消失 2 3 作用力 反作用力不同于平衡力 1 多选 关于牛顿第三定律 下列说法正确的是 A 对重力 弹力 摩擦力等都适用 B 当相互作用的两个物体相距很远时不适用 C 当相互作用的两个物体做加速运动时不适用 D 相互作用的两个物体没有直接接触时也适用 2 2017 吉林实验中学二模 两人的拔河比赛正在进行中 两人均保持恒定拉力且不松手 而脚下 开始移动 下列说法正确的是 A 两人对绳的拉力大小相等 方向相反 是一对作用力和反作用力 B 两人对绳的拉力是一对平衡力 C 拔河的胜利与否取决于谁的力量大 D 拔河的胜利与否取决于地面对人的摩擦力大小 3 如图所示 甲 乙两人在冰面上 拔河 两人中间位置处有一分界线 约定先使对方过分界线 者为赢 若绳子质量不计 冰面可看成光滑 则下列说法正确的是 A 甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对平衡力 B 甲对绳的拉力与乙对绳的拉力是作用力与反作用力 C 若甲的质量比乙大 则甲能赢得 拔河 比赛的胜利 D 若乙收绳的速度比甲快 则乙能赢得 拔河 比赛的胜利 考点三 牛顿第二定律瞬时性的理解 1 两种模型 牛顿第二定律 F ma 其核心是加速度与合外力的瞬时对应关系 两者总是同时产生 同时消失 同时变化 具体可简化为以下两种模型 3 2 求解瞬时加速度的一般思路 分析瞬时变化前 后物体的受力情况 列牛顿第二定律方程 求瞬时加速度 1 2017 山东大学附中检测 如图所示 A B 两小球分别连在轻线两端 B 球另一端与弹簧相连 弹簧固定在倾角为 30 的光滑斜面顶端 A B 两小球的质量分别为 mA mB 重力加速度为 g 若不 计弹簧质量 在线被剪断瞬间 A B 两球的加速度大小分别为 A 都等于 B 和 0 C 和 D 和 g 2 g 2 g 2 mA mB g 2 mA mB g 2 g 2 2 如图所示 质量为 m 的小球用水平轻弹簧系住 并用倾角为 30 的光滑木板 AB 托住 小球恰 好处于静止状态 当木板 AB 突然向下撤离的瞬间 小球的加速度大小为 A 0 B g C g D g 23 3 3 3 3 如图所示 物块 1 2 间用刚性轻质杆连接 物块 3 4 间用轻质弹簧相连 物块 1 3 质量为 m 物块 2 4 质量为 M 两个系统均置于水平放置的光滑木板上 并处于静止状态 现将两木板沿水平 方向突然抽出 设抽出后的瞬间 物块 1 2 3 4 的加速度大小分别为 a1 a2 a3 a4 重力加速度大 小为 g 则有 A a1 a2 a3 a4 0 B a1 a2 a3 a4 g C a1 a2 g a3 0 a4 g D a1 g a2 g a3 0 a4 g m M M m M M m M M 4 如图所示 在光滑水平面上 A B 两物体用轻弹簧连接在一起 A B 的质量分别为 m1 m2 在拉力 F 作用下 A B 共同做匀加速直线运动 加速度大小为 a 某时刻突然撤去拉力 F 此瞬间 A 和 B 的加速度大小分别为 a1 a2 则 4 A a1 0 a2 0 B a1 a a2 a m2 m1 m2 C a1 a a2 a D a1 a a2 a m1 m1 m2 m2 m1 m2 m1 m2 考点四 动力学的两类基本问题 1 求解两类问题的思路 可用下面的框图来表示 2 分析解决这两类问题的关键 应抓住受力情况和运动情况之间联系的桥梁 加速度 考向 1 由受力情况求运动情况 1 如图所示 工人用绳索拉铸件 铸件的质量是 20 kg 铸件与地面间的动摩擦因数是 0 25 工人 用 80 N 的力拉动铸件 从静止开始在水平面上前进 绳与水平方向的夹角为 37 并保持不变 经 4 s 后松手 g 10 m s2 求 1 松手前铸件的加速度 2 松手后铸件还能前进的距离 考向 2 由运动情况求受力情况 2 一质量为 m 2 kg 的滑块能在倾角为 30 的足够长的斜面上以 a 2 5 m s2匀加速下 滑 如右图所示 若用一水平向右的恒力 F 作用于滑块 使之由静止开始在 t 2 s 内能沿斜面运动位移 x 4 m 求 g 取 10 m s2 1 滑块和斜面之间的动摩擦因数 2 恒力 F 的大小 5 3 如图所示 倾角为 30 的光滑斜面与粗糙的水平面平滑连接 现将一滑块 可视为质点 从斜面上 A 点由静止释放 最终停在水平面上的 C 点 已知 A 点距水平面的高度 h 0 8 m B 点距 C 点的距离 L 2 0 m 滑块经过 B 点时没有能量损失 g 取 10 m s2 求 1 滑块在运动过程中的最大速度 2 滑块与水平面间的动摩擦因数 3 滑块从 A 点释放后 经过时间 t 1 0 s 时速度的大小 考点五 超重和失重问题 1 不论超重 失重或完全失重 物体的重力都不变 只是 视重 改变 2 在完全失重的状态下 一切由重力产生的物理现象都会完全消失 3 尽管物体的加速度不是竖直方向 但只要其加速度在竖直方向上有分量 物体就会处于超重或失 重状态 4 尽管整体没有竖直方向的加速度 但只要物体的一部分具有竖直方向的分加速度 整体也会出现 超重或失重状态 1 2017 福建莆田模拟 关于超重和失重现象 下列描述中正确的是 A 电梯正在减速上升 在电梯中的乘客处于超重状态 B 磁悬浮列车在水平轨道上加速行驶时 列车上的乘客处于超重状态 C 荡秋千时秋千摆到最低位置时 人处于失重状态 D 神舟 飞船在绕地球做圆轨道运行时 飞船内的宇航员处于完全失重状态 考点六 连接体问题 1 处理连接体问题常用的方法为整体法和隔离法 2 涉及隔离法与整体法的具体问题类型 1 涉及滑轮的问题 若要求绳的拉力 一般都必须采用隔离法 例如 如图所示 绳跨过定滑轮连接的两物体虽然加速 度大小相同 但方向不同 故采用隔离法 6 2 水平面上的连接体问题 这类问题一般多是连接体 系统 各物体保持相对静止 即具有相同的加速度 解题时 一般采用先 整体 后隔离的方法 建立坐标系时也要考虑矢量正交分解越少越好的原则 或者正交分解力 或者正交分解加速度 3 斜面体与上面物体组成的连接体的问题 当物体具有沿斜面方向的加速度 而斜面体相对于地面静止时 解题时一般采用隔离法分析 3 解题思路 1 分析所研究的问题适合应用整体法还是隔离法 处理连接体问题时 整体法与隔离法往往交叉使用 一般的思路是先用整体法求加速度 再用隔 离法求物体间的作用力 对于加速度大小相同 方向不同的连接体 应采用隔离法进行分析 2 对整体或隔离体进行受力分析 应用牛顿第二定律确定整体或隔离体的加速度 3 结合运动学方程解答所求解的未知物理量 1 如图所示 物块 A 和 B 的质量分别为 4m 和 m 开始 A B 均静止 细绳拉直 在竖直向上拉 力 F 6mg 作用下 动滑轮竖直向上加速运动 已知动滑轮质量忽略不计 动滑轮半径很小 不考虑绳 与滑轮之间的摩擦 细绳足够长 在滑轮向上运动过程中 物块 A 和 B 的加速度分别为 A aA g aB 5g B aA aB g C aA g aB 3g D aA 0 aB 2g 1 2 1 5 1 4 考点七 动力学中的图象问题 1 常见的图象有 v t 图象 a t 图象 F t 图象 F a 图象等 2 图象间的联系 加速度是联系 v t 图象与 F t 图象的桥梁 7 3 图象的应用 1 已知物体在一过程中所受的某个力随时间变化的图线 要求分析物体的运动情况 2 已知物体在一运动过程中速度 加速度随时间变化的图线 要求分析物体的受力情况 3 通过图象对物体的受力与运动情况进行分析 4 解答图象问题的策略 1 弄清图象坐标轴 斜率 截距 交点 拐点 面积的物理意义 2 应用物理规律列出与图象对应的函数方程式 进而明确 图象与公式 图象与物体 间的关系 以便对有关物理问题作出准确判断 1 多选 如图 a 一物块在 t 0 时刻滑上一固定斜面 其运动的 v t 图线如图 b 所示 若重力加 速度及图中的 v0 v1 t1均为已知量 则可求出 A 斜面的倾角 B 物块的质量 C 物块与斜面间的动摩擦因数 D 物块沿斜面向上滑行的最大高度 2 2017 广东佛山二模 广州塔 昵称小蛮腰 总高度达 600 m 游客乘坐观光电梯大约一分钟 就可以到达观光平台 若电梯简化成只受重力与绳索拉力 已知电梯在 t 0 时由静止开始上升 a t 图 象如图所示 则下列相关说法正确的是 A t 4 5 s 时 电梯处于失重状态 B 5 55 s 时间内 绳索拉力最小 C t 59 5 s 时 电梯处于超重状态 D t 60 s 时 电梯速度恰好为零 3 多选 将一个质量为 1 kg 的小球竖直向上抛出 最终落回抛出点 运动过程中所受阻力大小恒定 方向与运动方向相反 该过程的 v t 图象如图所示 g 取 10 m s2 下列说法中正确的是 8 A 小球所受重力和阻力大小之比为 5 1 B 小球上升过程与下落过程所用时间之比为 2 3 C 小球落回到抛出点时的速度大小为 8 m s 6 D 小球下落过程中 受到向上的空气阻力 处于超重状态 4 如图甲所示 某人通过动滑轮将质量为 m 的货物提升到一定高处 动滑轮的质量和摩擦均不计 货物获得的加速度 a 与竖直向上的拉力 FT之间的函数关系如图乙所示 则下列判断正确的是 A 图线与纵轴的交点的绝对值为 g B 图线的斜率在数值上等于物体的质量 m C 图线与横轴的交点 N 的值 FTN mg D 图线的斜率在数值上等于物体质量的倒数 1 m 考点八 板 块 模型 1 模型特点 上 下叠放两个物体 在摩擦力的相互作用下两物体发生相对滑动 2 两种位移关系 滑块由滑板的一端运动到另一端的过程中 若滑块和滑板同向运动 位移之差等于板长 反向运动 时 位移之和等于板长 3 解题方法 整体法 隔离法 4 解题思路 1 分析滑块和滑板的受力情况 根据牛顿第二定律分别求出滑块和滑板的加速度 2 对滑块和滑板进行运动情况分析 找出滑块和滑板之间的位移关系或速度关系 建立方程 特别 注意滑块和滑板的位移都是相对地的位移 1 2017 安徽芜湖模拟 质量为 m0 20 kg 长为 L 5 m 的木板放在水平面上 木板与水平面 的动摩擦因数为 1 0 15 将质量 m 10 kg 的小木块 可视为质点 以 v0 4 m s 的速度从木板的左 9 端被水平抛射到木板上 如图所示 小木块与木板面的动摩擦因数为 2 0 4 最大静摩擦力等于滑动摩擦 力 g 10 m s2 则下列判断中正确的是 A 木板一定静止不动 小木块不能滑出木板 B 木板一定静止不动 小木块能滑出木板 C 木板一定向右滑动 小木块不能滑出木板 D 木板一定向右滑动 小木块能滑出木板 2 2017 山东德州质检 长为 L 1 5 m 的长木板 B 静止放在水平冰面上 小物块 A 以某一初速 度 v0从木板 B 的左端滑上长木板 B 直到 A B 的速度达到相同 此时 A B 的速度为 v 0 4 m s 然后 A B 又一起在水平冰面上滑行了 s 8 0 cm 后停下 若小物块 A 可视为质点 它与长木板 B 的质 量相同 A B 间的动摩擦因数 1 0 25 取 g 10 m s2 求 1 木板与冰面的动摩擦因数 2 2 小物块 A 的初速度 v0 3 为了保证小物块不从木板的右端滑落 小物块滑上木板的最大初速度 v0m应为多少 考点九 水平传送带问题 滑块在水平传送带上运动常见的三个情景 项目图示滑块可能的运动情况 情景一 1 可能一直加速 2 可能先加速后匀速 情景二 1 v0 v 时 可能一直减速 也可能先减速再匀速 2 v0v 返回时速度为 v 当 v0v1 则 A t2时刻 小物块离 A 处的距离达到最大 B t2时刻 小物块相对传送带滑动的距离最大 C 0 t2时间内 小物块受到的摩擦力方向先向右后向左 D 0 t3时间内 小物块始终受到大小不变的摩擦力作用 2 多选 如图所示是某工厂所采用的小型生产流水线示意图 机器生产出的物体源源不断地从出口 处以水平速度 v0滑向一粗糙的水平传送带 最后从传送带上落下装箱打包 假设传送带静止不动时 物 体滑到传送带右端的速度为 v 最后物体落在 P 处的箱包中 下列说法正确的是 A 若传送带随皮带轮顺时针方向转动起来 且传送带速度小于 v 物体仍落在 P 点 B 若传送带随皮带轮顺时针方向转动起来 且传送带速度大于 v0 物体仍落在 P 点 C 若传送带随皮带轮顺时针方向转动起来 且传送带速度大于 v 物体仍落在 P 点 D 若由于操作不慎 传送带随皮带轮逆时针方向转动起来 物体仍落在 P 点 3 如图所示 足够长的水平传送带 以初速度 v0 6 m s 顺时针转动 现在传送带左侧轻轻放上质 量 m 1 kg 的小滑块 与此同时 启动传送带制动装置 使得传送带以恒定加速度 a 4 m s2减速直 至停止 已知滑块与传送带间的动摩擦因数 0 2 滑块可以看成质点 且不会影响传送带的运动 g 10 m s2 试求 11 1 滑块与传送带共速时 滑块相对传送带的位移 2 滑块在传送带上运动的总时间 t 考点十 倾斜传送带问题 滑块在倾斜传送带上运动常见的四个情景 项目图示滑块可能的运动情况 情景一 可能一直加速 可能先加速后匀速 情景二 可能一直加速 可能先加速后匀速 可能先以 a1加速后以 a2加 速 情景三 可能一直加速 可能先加速后匀速 可能一直匀速 可能先以 a1加速后以 a2加 速 情景四 可能一直加速 可能一直匀速 可能先减速后反向加速 1 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 在传送带顶端 A 处无初速度的释放一个质量为 m 0 5 kg 的物体 已知物体与传送带间的动摩擦因数 0 5 g 取 10 m s2 求 sin 37 0 6 cos 37 0 8 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 12 2 如图所示为上 下两端相距 L 5 m 倾角 30 始终以 v 3 m s 的速率顺时针转动的传 送带 传送带始终绷紧 将一物体放在传送带的上端由静止释放滑下 经过 t 2 s 到达下端 重力加速 度 g 取 10 m s2 求 1 传送带与物体间的动摩擦因数多大 2 如果将传送带逆时针转动 速率至少多大时 物体从传送带上端由静止释放能最快地到达下端 3 多选 如图所示 三角形传送带以 1 m s 的速度逆时针匀速转动 两边的传送带长都是 2 m 且与 水平方向的夹角均为 30 现有两质量相同的小物块 A B 从传送带顶端都以 1 m s 的初速度沿传送带 下滑 物块与传送带间的动摩擦因数均为 0 6 下列说法正确的是 A 下滑相同距离内物块 A B 机械能的变化一定不相同 B 下滑相同时间内物块 A B 机械能的变化一定相同 C 物块 A B 一定不能同时到达传送带底端 D 物块 A B 在传送带上的划痕长度相同 13 专题 牛顿运动定律 答案 1 解析 选 D 惯性只与质量有关 与速度无关 A C 错误 失重或重力加速度发生变化时 物体 质量不变 惯性不变 所以 B 错误 D 正确 2 解析 选 AD 物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫惯性 即物体抵抗运动状态变 化的性质 A 正确 没有力的作用 物体也可能保持匀速直线运动状态 B 错误 D 正确 行星在圆周 轨道上保持匀速率运动而不是匀速直线运动 所以不能称为惯性 C 错误 1 解析 选 AD 对于牛顿第三定律 适用于重力 弹力 摩擦力等所有的力 而且不管相互作用的 两物体的质量如何 运动状态怎样 是否相互接触都适用 例如 地球吸引地球表面上的石块 石块同 样以相同大小的力吸引地球 且不管接触不接触 都互相吸引 所以 B C 错误 A D 正确 2 解析 选 D 人拉绳的力与绳拉人的力是一对作用力与反作用力 大小相等 选项 A 错误 两人 对绳的拉力不一定是一对平衡力 要根据绳子所处的运动状态进行判断 选项 B 错误 拔河的胜利与否 取决于地面对人的摩擦力大小 选项 D 正确 C 错误 3 解析 选 C 甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对作用力与反作用力 故选项 A 错误 甲对绳的 拉力与乙对绳的拉力作用在同一物体上 不是作用力与反作用力 故选项 B 错误 设绳子的张力为F 则甲 乙两人受到绳子的拉力大小相等 均为F 若m甲 m乙 则由a 得 a甲Ff2 所以木板一定静止不动 设小 木块在木板上滑行的距离为 x v 2 2gx 解得 2 0 17 x 2 m mg 2 N 故滑块与传送带相对滑动 滑块做减速运动 加速度仍为 a1 滑块减速时间为 t2 有 t2 1 s 0 v a1 故 t t1 t2 2 s 3 答案 AC 解析 因为 mgsin 30 mg mgcos 30 mg 所以 A 做匀速直线运动 B 做匀减速直线运动 下滑 1 2 3 3 10 相同距离内摩擦力做功不同 物块 A B 机械能的变化一定不相同 A 正确 B 错误 如果都能到达底端 则位移相同 一个匀速运动 一个匀减速运动 所以物块 A B 一定不能同时到达传送带底端 C 正确 由于 A 相对传送带静止 所以在传送带上的划痕为零 B 做匀减速直线