（新课标）2013年高考物理 考前十天回归教材习题精练二

1 新课标新课标 20132013 年高考物理考前十天回归教材习题精练二年高考物理考前十天回归教材习题精练二 牛顿定律及其应用牛顿定律及其应用 2013 2013 高考会这样考高考会这样考 1 理解牛顿第一定律 牛顿第三定律 认识惯性和作用力 反作用力的特点 2 熟练掌握牛顿第二定律 会用牛顿运动定律分析解决两类典型的动力学问题 3 牛顿运动定律是高中物理的基础 特别是两类动力学问题 超 失重问题 牛顿运动 定律与曲线运动 电磁学相结合的问题更成为高考考查的热点 原味还原高考原味还原高考 一 牛顿第一定律和牛顿第三定律 1 牛顿第一定律 1 内容 一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态 除非作用在它上面的力迫使 它改变这种状态 2 物理意义 指出了一切物体都有惯性 因此牛顿第一定律又叫惯性定律 指出力不是维持物体运动状态的原因 而是改变物体运动状态的原因 即产生加速度 的原因 2 惯性 1 定义 物体具有的保持原来匀速直线运动状 态或静止状态的性质 2 惯性的性质 惯性是一切物体都具有的性质 是物体的固有属性 与物体的运动情 况和受力情况无关 3 惯性的表现 物体不受外力作用时 有保持静止或匀速直线运动状态的性质 物体 受到外力作用时其惯性大小表现在运动状态改变的难易程度上 4 惯性大小的量度 质量是惯性大小的惟一量度 质量大的物体惯性大 质量小的物 体惯性小 3 牛顿第三定律 1 内容 两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等 方向相反 作用在同一条 直线上 2 物理意义 建立了相互作用物体之间的联系及作用力与反作用力的相互依赖关系 2 4 相互作用力与平衡力的比较 特别提醒 1 牛顿第一定律的理解 1 牛顿第一定律不是实验定律 它是以伽利略的 理想实验 为基础 经过科学抽象 归纳推理而总结出来的 2 牛顿第一定律不是牛顿第二定律的特例 而是不受任何外力的理想化情况 2 对惯性的理解 应注意 1 物体的惯性总是以保持 原状 或反抗 改变 两种形式表现出来 2 惯性与物体是否受力 怎样受力无关 与物体是否运动 怎样运动无关 与物体所 处的地理位置无关 惯性大小仅由质量决定 3 注意区别惯性和惯性定律 1 惯性是物体保持原有运动状态不变的一种性质 与物体是否受力 受力的大小无关 2 惯性定律 牛顿第一定律 则反映物体在一定条件下的运动规律 二 牛顿第二定律及其应用 1 牛顿第二定律 1 内容 物体加速度的大小跟作用力成正比 跟物体的质量成反比 加速度的方向跟 3 作用力的方向相同 2 表达式 F ma 3 适用范围 牛顿第二定律只适用于惯性参考系 即相对于地面静止或匀速直线运动的参考系 牛顿第二定律只适用于宏观物体 相对于分子 原子等 低速运动 远小于光速 的情 况 2 进一步理解牛顿第二定律 牛顿第二定律明确了物体的受力情况和运动情况之间的定量关系 联系物体的受力情况 和运动情况的桥梁或纽带就是加速度 可从以下几个方面理解牛顿第二定律 3 两类动力学问题 4 牛顿第二定律确定了运动和力的关系 使我们能够把物体的受力情况与运动情况联系起 来 两类动力学问题分别是已知受力情况求物体的运动情况和已知运动情况求物体的受力情 况 分析这两类问题的流程图为 4 力学单位制 1 单位制 由基本单位和导出单位一起组成了单位制 2 基本单位 基本物理量的单位 基本物理量共七个 其中力学有三个 它们是质量 时间 长度 它们的单位分别是 kg s m 3 导出单位 由基本物理量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位 拓展提升 1 应用牛顿第二定律的解题思路和步骤 1 解题思路 首先对所选取的研究对象进行受力分析和运动过程分析 然后由牛顿第二定律 通过加 速度这个桥梁 结合运动学公式列式求解 2 解题步骤 明确研究对象 根据问题的需要和解题的方便 选出被研究的物体 进行受力分析和运动状态分析 画好受力分析图 明确物体的运动性质和运动过程 选取正方向或建立坐标系 通常以加速度的方向为正方向或以加速度的方向为某一坐 标轴的正方向 求合外力 F 根据牛顿第二定律 F ma 列方程求解 必要时还要对结果进行讨论 2 应用牛顿第二定律解决两类动力学基本问题的过程 主要把握两点 1 一个桥梁 物体运动的加速度 2 两类问题 第一类问题 已知受力求运动 对物体进行受力分析 确定加速度是解决问题的关键 5 第二类问题 已知运动求受力 分析物体的运动过程 通过运动学公式确定物体的加 速度是解决问题的关键 三 超重和失重 1 超重 1 物体对水平支持物的压力 或对竖直悬线的拉力 大于物体所受重力的情况称为超重 现象 2 产生条件 物体具有向上的加速度 2 失重 1 物体对水平支持物的压力 或对竖直悬线的拉力 小于物体所受重力的情况称为失重 现象 2 产生条件 物体具有向下的加速度 3 完全失重 1 物体对水平支持物的压力 或对竖直悬线的拉力 等于零的情况称为完全失重现象 2 产生条件 物体具有向下的加速度且加速度 a g 4 视重 当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时 弹簧测力计或台秤的示数称为视重 视 重大小等于它们所受的压力或拉力 特别提醒 四角度理解超重和失重 1 重力的角度 物体处于超重或失重状态时 重力没有变化 仍为 mg 2 拉力 支持力 的角度 物体处于超重或失重状态时 竖直向上的拉力 支持力 不再等 于重力 超重时大于重力 失重时小于重力 完全失重时等于零 3 加速度的角度 物体处于超重或失重状态时 竖直方向具有加速度 超重时方向向上 失重时方向向下 完全失重时 a g 4 速度的角度 物体处于超重状态时 速度方向可以向上 加速运动 可以向下 减速 运动 物体处于失重状态时 速度方向可以向上 减速运动 也可以向下 加速运动 四 整体法和隔离法处理连接体问题 1 整体法 当系统中各物体的加速度相同时 我们可以把系统内的所有物体看成一个整 体 这个整体的质量等于各物体的质量之和 当整体受到外力 F 已知时 可用牛顿第二定律 求出整体的加速度 这种处理问题的思维方法叫做整体法 6 2 隔离法 从研究的方便出发 当求系统内物体间相互作用的内力时 常把某个物体从 系统中 隔离 出来 进行受力分析 依据牛顿第二定律列方程 这种处理连接体问题的思 维方法叫做隔离法 特别提醒 处理连接体问题时 整体法和隔离法往往交叉使用 一般的方法是先用整体法求加速度 再用隔离法求物体之间的相互作用力 例 1 2012 安徽 22 14 分 质量为 0 1 kg 的弹性球从空中某高度由静止开始下 落 该下落过程对应的tv 图象如图所示 球与水平地面相碰后离开地面时的速度大小为碰 撞前的 3 4 该球受到的空气阻力大小恒为f 取g 10 m s2 求 1 弹性球受到的空气 阻力f的大小 2 弹性球第一次碰撞后反弹的高度h 例 2 2012 北京 23 18 分 摩天大楼中一部直通高层的客运电梯 行程超过百米 电梯的简化模型如 1 所示 考虑 安全 舒适 省时等因索 电梯的加速度a是随时间t变化的 已知电梯在t 0 时由静止 开始上升 a t图像如图 2 所示 电梯总质最m 2 0 kg 忽略一切阻力 重力加速103 度 g 取 10m s2 1 求电梯在上升过程中受到的最大拉力F1和最小拉力F2 2 类比是一种常用的研究方法 对于直线运动 教科书中讲解了由v t图像求位 移的方法 请你借鉴此方法 对比加速度的和速度的定义 根据图 2 所示a t图像 求电 梯在第 1s 内的速度改变量 v1和第 2s 末的速率v2 3 求电梯以最大速率上升时 拉力做功的功率p 再求在 0 11s 时间内 拉力和重 力对电梯所做的总功W 7 例 3 2012 四川 24 19 分 如图所示 ABCD为固定在竖直平面内的轨道 AB段光滑水平 BC段为光滑圆弧 对应 的圆心角 370 半径r 2 5m CD段平直倾斜且粗糙 各段轨道均平滑连接 倾斜轨 道所在区域有场强大小为E 2 105N C 方向垂直于斜轨向下的匀强电场 质量m 8 5 10 2kg 电荷量q 1 10 6C 的小物体 视为质点 被弹簧枪发射后 沿水平轨道向左滑 行 在C点以速度v0 3m s 冲上斜轨 以小物体通过C点时为计时起点 0 1s 以后 场强大 小不变 方向反向 已知斜轨与小物体间的动摩擦因数 0 25 设小物体的电荷量保持不 变 取g 10m s2 sin370 0 6 cos370 0 8 1 求弹簧枪对小物体所做的功 2 在斜轨上小物体能到达的最高点为P 求CP的长度 9 例 4 2012 福建 如图 用跨过光滑定滑轮的缆绳将海面上一搜失去动力的小船沿直 线拖向岸边 已知拖动缆绳的电动机功率恒为 P 小船的质量为 m 小船受到的阻力大小恒 为 f 经过 A 点时的速度大小为 0 v 小船从 A 点沿直线加速运动到 B 点经历时间为 t1 A B 两点间距离为 d 缆绳质量忽略不计 求 1 小船从 A 点运动到 B 点的全过程克服阻力做的功 f w 2 小船经过 B 点时的速度大小 1 v 10 例 3 2012 海南 如图 在竖直平面内有一固定光滑轨道 其中 AB 是长为 R 的水平 直轨道 BCD 是圆心为 O 半径为 R 的 3 4 圆弧轨道 两轨道相切于 B 点 在外力作用下 一小球从 A 点由静止开始做匀加速直线运动 到达 B 点时撤除外力 已知小球刚好能沿圆轨 道经过最高点 C 重力加速度为 g 求 11 例 4 2012 广东 36 18 分 图 18 a 所示的装置中 小物块A B质量均为m 水平面上PQ段长为l 与物块间 的动摩擦因数为 其余段光滑 初始时 挡板上的轻质弹簧处于原长 长为r的连杆位于 图中虚线位置 A紧靠滑杆 A B间距大于 2r 随后 连杆以角速度 匀速转动 带动滑 杆作水平运动 滑杆的速度 时间图像如图 18 b 所示 A在滑杆推动下运动 并在脱离滑 杆后与静止的B发生完全非弹性碰撞 1 求A脱离滑杆时的速度uo 及A与B碰撞过程的机械能损失 E 2 如果AB不能与弹簧相碰 设AB从P点到运动停止所用的时间为t1 求 得取值 范围 及t1与 的关系式 3 如果AB能与弹簧相碰 但不能返回道P点左侧 设每次压缩弹簧过程中弹簧的最 大弹性势能为Ep 求 的取值范围 及Ep与 的关系式 弹簧始终在弹性限度内 12 考点定位 牛顿定律 功和能 例 5 2011 福建 19 分 如图为某种鱼饵自动投放器中的投饵管装置示意图 其下 半部 AB 是一长为 2R 的竖直细管 上半部 BC 是半径为 R 的四分之一圆弧弯管 管口沿水平 方向 AB 管内有一原长为 R 下端固定的轻质弹簧 投饵时 每次总将弹簧长度压缩到 0 5R 后锁定 在弹簧上段放置一粒鱼饵 解除锁定 弹簧可将鱼饵弹射出去 设质量为 m 的鱼饵 到达管口 C 时 对管壁的作用力恰好为零 不计鱼饵在运动过程中的机械能损失 且锁定和 解除锁定时 均不改变弹簧的弹性势能 已知重力加速度为 g 求 13 1 质量为 m 的鱼饵到达管口 C 时的速度大小v1 2 弹簧压缩到 0 5R 时的弹性势能 Ep 3 已知地面与水面相距 1 5R 若使该投饵管绕 AB 管的中轴线 OO 在90 角的范围内 来回缓慢转动 每次弹射时只放置一粒鱼饵 鱼饵的质量在 2 3 m到 m 之间变化 且均能落到 水面 持续投放足够长时间后 鱼饵能够落到水面的最大面积 S 是多少 14 例 6 2011 北京 18 分 利用电场和磁场 可以将比荷不同的离子分开 这种方法 在化学分析和原子核技术等领域有重要的应用 如图所示的矩形区域ACDG AC边足够长 中存在垂直于纸面的匀强磁场 A处有一狭缝 离子源产生的离子 经静电场加速后穿过狭缝沿垂直于GA边且垂直于磁场的方向射入磁场 运动到GA边 被相应的收集器收集 整个装置内部为真空 已知被加速的两种正离子的质量分别是m1和m2 m1 m2 电荷量均为q 加速电场的电势 差为U 离子进入电场时的初速度可以忽略 不计重力 也不考虑离子间的相互作用 1 求质量为m1的离子进入磁场时的速率v1 2 当磁感应强度的大小为B时 求两种离子在GA边落点的间距s 3 在前面的讨论中忽略了狭缝宽度的影响 实际装置中狭缝具有一定宽度 若狭缝过 宽 可能使两束离子在GA边上的落点区域交叠 导致两种离子无法完全分离 设磁感应强度大小可调 GA边长为定值L 狭缝宽度为d 狭缝右边缘在A处 离子可 以从狭缝各处射入磁场 入射方向仍垂直于GA边且垂直于磁场 为保证上述两种离子能落 在GA边上并被完全分离 求狭缝的最大宽度 15 例 7 2011 安徽 16 分 如图所示 在以坐标原点O为圆心 半径为R的半圆形区域内 有相互垂直的匀强电场 和匀强磁场 磁感应强度为B 磁场方向垂直于xOy平面向里 一带正电的粒子 不计重力 从O点沿 y 轴正方向以某一速度射入 带电粒子恰好做匀速直线运动 经 t0时间从 P 点射出 16 1 求电场强度的大小和方向 2 若仅撤去磁场 带电粒子仍从 O 点以相同的速度射入 经 0 2 t 时间恰从半圆形区域 的边界射出 求粒子运动加速度的大小 3 若仅撤去电场 带电粒子仍从O点射入 且速度为原来的 4 倍 求粒子在磁场中 运动的时间 17 例 8 2011 安徽 20 分 如图所示 质量M 2kg 的滑块套在光滑的水平轨道上 质量m 1kg 的小球通过长L 0 5m 的轻质细杆与滑块上的光滑轴O连接 小球和轻杆可在竖直平面内绕O轴自由转动 开始轻 杆处于水平状态 现给小球一个竖直向上的初速度v0 4 m s g 取 10m s2 1 若锁定滑块 试求小球通过最高点P时对轻杆的作用力大小和方向 2 若解除对滑块的锁定 试求小球通过最高点时的速度大小 18 3 在满足 2 的条件下 试求小球击中滑块右侧轨道位置点与小球起始位置点间的 距离 19 例 9 2011 北京 16 分 如图所示 长度为 l 的轻绳上端固定在O点 下端系一质量为m的小球 小球的大小可 以忽略 1 在水平拉力F的作用下 轻绳与竖直方向的夹角为 小球保持静止 画出此时 小球的受力图 并求力F的大小 2 由图示位置无初速释放小球 求当小球通过最低点时的速度大小及轻绳对小球的 拉力 不计空气阻力 解得轻绳对小球的拉力 20 2 32cos v Tmgmmg l 方向竖直向上 例 10 2011 上海 如图 质量2mkg 的物体静止于水平地面的 A 处 A B 间距 L 20m 用大小为 30N 沿水平方向的外力拉此物体 经 0 2ts 拉至 B 处 已知 cos370 8 sin370 6 取 2 10 gm s 1 求物体与地面间的动摩擦因数 2 用大小为 30N 与水平方向成 37 的力斜向上拉此物体 使物体从 A 处由静止开始 运动并能到达 B 处 求该力作用的最短时间 t 21 例 11 2011 福建 15 分 反射式速调管是常用的微波器械之一 它利用电子团在电场中的振荡来产生微波 其振 荡原理与下述过程类似 如图所示 在虚线MN两侧分别存在着方向相反的两个匀强电场 一带电微粒从 A 点由静止开始 在电场力作用下沿直线在 A B 两点间往返运动 已知电场 22 强度的大小分别是 3 1 2 0 10E N C 和 3 2 4 0 10E N C 方向如图所示 带电微粒质量 20 1 0 10mkg 带电量 9 1 0 10qC A 点距虚线MN的距离 1 1 0dcm 不计带电 微粒的重力 忽略相对论效应 求 1 B 点到虚线MN的距离 2 d 2 带电微粒从A 点运动到 B 点所经历的时间t 例 12 2010 海南 图 l 中 质量为m的物块叠放在质量为2m的足够长的木板上方右 侧 木板放在光滑的水平地面上 物块与木板之间的动摩擦因数为 0 2 在木板上施加 一水平向右的拉力 F 在 0 3s 内 F 的变化如图 2 所示 图中 F 以mg为单位 重力加速度 2 10m sg 整个系统开始时 静止 23 1 求 1s 1 5s 2s 3s 末木板的速度以及 2s 3s 末物块的速度 2 在同一坐标系中画出 0 3s 内木板和物块的 t v 图象 据此求 0 3s 内物块相对于木 板滑过的距离 24 例 13 2009 山东 15 分 如图所示 某货场而将质量为 m1 100 kg 的货物 可视为 质点 从高处运送至地面 为避免货物与地面发生撞击 现利用固定于地面的光滑四分之一 圆轨道 使货物中轨道顶端无初速滑下 轨道半径 R 1 8 m 地面上紧靠轨道次排放两声完 全相同的木板 A B 长度均为 l 2m 质量均为 m2 100 kg 木板上表面与轨道末端相切 货 物与木板间的动摩擦因数为 1 木板与地面间的动摩擦因数 0 2 最大静摩擦力与滑动 摩擦力大小相等 取 g 10 m s2 1 求货物到达圆轨道末端时对轨道的压力 2 若货物滑上木板 4 时 木板不动 而滑上木板 B 时 木板 B 开始滑动 求 1应满 足的条件 3 若 1 0 5 求货物滑到木板 A 末端时的速度和在木板 A 上运动的时间 25 例 14 2009 安徽 14 分 在 2008 年北京残奥会开幕式上 运动员手拉绳索向上攀 登 最终点燃 了主火炬 体现了残疾运动员坚忍不拔的意志和自强不息的精神 为了探究 上升过程中运动员与绳索和吊椅间的作用 可将过程简化 一根不可伸缩的轻绳跨过轻质的 定滑轮 一端挂一吊椅 另一端被坐在吊椅上的运动员拉住 如图所示 设运动员的质量为 65kg 吊椅的质量为 15kg 不计定 滑轮与绳子间的摩擦 重力加速度取 2 10m sg 当运动员与 吊椅一起正以加速度 2 1m sa 上升时 试求 1 运动员竖直向下拉绳的力 2 运动员对吊椅的压力 26 例 15 2009 江苏 15 分 航模兴趣小组设计出一架遥控飞行器 其质量 m 2 动力 系统提供的恒定升力 F 28 N 试飞时 飞行器从地面由静止开始竖直上升 设飞行器飞行 时所受的阻力大小不变 g 取 10m s2 1 第一次试飞 飞行器飞行 t1 8 s 时到达高度 H 64 m 求飞行器所阻力 f 的大 小 2 第二次试飞 飞行器飞行 t2 6 s 时遥控器出现故障 飞行器立即失去升力 求 飞行器能达到的最大高度 h 3 为了使飞行器不致坠落到地面 求飞行器从开始下落到恢 复升力的最长时间 t3 解析 27 例 16 2009 海南 9 分 一卡车拖挂一相同质量的车厢 在水平直道上以 0 12 vm s 的速度匀速行驶 其所受阻力可视为与车重成正比 与速度无关 某时刻 车 厢脱落 并以大小为 2 2 am s 的加速度减速滑行 在车厢脱落3ts 后 司机才发觉并紧 急刹车 刹车时阻力为正常行驶时的 3 倍 假设刹车前牵引力不变 求卡车和车厢都停下后 两者之间的距离 28 评分参考 本题 9 分 至 式各 1 分 式 1 分 11 例 17 2009 上海 12 分 如图 A 质量m 1kg 的物体沿倾角 37 的固定粗糙斜 面由静止开始向下运动 风对物体的作用力沿水平方向向右 其大小与风速v成正比 比例 系数用k表示 物体加速度a与风速v的关系如图 B 所示 求 29 1 物体与斜面间的动摩擦因数 2 比例系数k sin370 0 6 cos370 0 8 g 10m s2 例 18 2009 广东 17 分 如图 20 所示 绝缘长方体 B 置于水平面上 两端固定一 对平行带电极板 极板间形成匀强电场 E 长方体 B 的上表面光滑 下表面与水平面的动摩 擦因数 0 05 设最大静摩擦力与滑动摩擦力相同 B 与极板的总质量 B m 1 0kg 带正电 的小滑块 A 质量 A m 0 60kg 其受到的电场力大小 F 1 2N 假设 A 所带的电量不影响极板间 的电场分布 t 0 时刻 小滑块 A 从 B 表面上的 a 点以相对地面的速度 A v 1 6m s 向左运动 同时 B 连同极板 以相对地面的速度 B v 0 40m s 向右运动 问 g 取 10m s2 1 A 和 B 刚开始运动时的加速度大小分别为多少 30 2 若 A 最远能到达 b 点 a b 的距离 L 应为多少 从 t 0 时刻至 A 运动到 b 点时 摩擦力对 B 做的功为多少 31 精选名题巧练精选名题巧练 1 2013 成都一中模拟 如图所示 一质量为m 50 kg 的滑块 以v0 10 m s 的初 速度从左端冲上静止在光滑水平地面上的长为L 8 m 高为h 1 25 m 的平板车 滑块与车 间的动摩擦因数为 0 3 平板车质量为M 150 kg 1 滑块冲上小车后小车运动的加速度的大小 2 判断滑块能否滑离小车 若能滑离 求滑块落地时距车右端的水平位移 若不能滑 离求滑块相对车静止时离车右端的距离 32 2 2013 衡水中学模拟 如图所示为仓库中常用的皮带传输装置示意图 它由两台皮 带传送机组成 一台水平 A B两端相距 3 m 另一台倾斜 传送带与地面的倾角 37 C D两端相距 4 45 m B C相距很近 水平部分AB以v0 5 m s 的速率顺时针转动 将质 量为 10 kg 的一袋大米无初速度放在A端 到达B端后 速度大小不变地传到倾斜的CD部 分 米袋与传送带间的动摩擦因数均为 0 5 已知g 10 m s2 sin 0 6 cos 37 0 8 试求 1 若CD部分传送带不运转 求米袋沿传送带所能上升的最大距离 2 若要米袋能被传送到D端 求CD部分顺时针运转的最小速度 以及米袋从C端到D 端所用的最长时间 33 3 14 分 2013 北京模拟 如图所示 在水平地面上有一个长L 1 5m 高h 0 8m 的长方体木箱 其质量为M 1kg 与地面间的动