2024版新教材高考物理复习特训卷考点16牛顿第二定律的综合应用

考点16牛顿第二定律的综合应用——提能力1．图示为河北某游乐园中的一个游乐项目“大摆锤”，该项目会让游客体会到超重与失重带来的刺激．以下关于该项目的说法正确的是()A．当摆锤由最高点向最低点摆动时，游客会体会到失重B．当摆锤由最高点向最低点摆动时，游客会体会到超重C．当摆锤摆动到最低点时，游客会体会到明显的超重D．当摆锤摆动到最低点时，游客会体会到完全失重2．(多选)随着科技的发展，我国的航空母舰上将安装电磁弹射器以缩短飞机的起飞距离．如图所示，某航空母舰的水平跑道总长l＝180m，电磁弹射区的长度l1＝80m，一架质量m＝2.0×104kg的飞机，其喷气式发动机可为飞机提供恒定的推力F推＝1.2×105N，假设飞机在航母上受到的阻力恒为飞机重力的eq\f(1,5).若飞机可看成质量恒定的质点，从右边沿离舰的起飞速度v＝40m/s，航空母舰始终处于静止状态(电磁弹射器提供的牵引力恒定，取g＝10m/s2).下列说法正确的是()A．飞机在电磁弹射区运动的加速度大小a1＝5.0m/s2B．飞机在电磁弹射区的末速度大小v1＝20m/sC．电磁弹射器对飞机的牵引力F牵的大小为2×104ND．电磁弹射器在弹射过程中的功率是不变的3．(多选)如图甲所示，建筑工地的塔吊可将建筑材料竖直向上提升到一定的高度．若选竖直向上为正方向，用传感器测得建筑材料由静止开始运动过程中，竖直方向的加速度a随位移x变化的规律如图乙所示．下列判断正确的是()A．在0～2m内，建筑材料做匀加速直线运动B．当x＝2m时，建筑材料的速度为1m/sC．在4～6m内，建筑材料处于超重状态D．在2～4m内，建筑材料上升过程所用的时间为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\r(6)－\r(2)))s4.[2023·江苏南京三模]如图为两张拍照频率相同的频闪照片，拍照对象是相同斜坡上运动的同一滑块．其中一张为滑块从斜坡顶部静止释放后运动到底部的照片；另一张为该滑块从斜坡底部冲到顶部时速度刚好为零的照片．已知滑块与斜坡的动摩擦因数为μ，斜坡的倾角为θ，可以判断()A．上图为滑块沿斜坡向下运动的照片B．滑块在两斜坡底部时的重力功率大小相等C．μ>tanθD．两照片中斜坡对滑块的作用力不同5.[2023·安徽庐江模拟](多选)如图所示，一质量M＝3kg、倾角为α＝45°的斜面体放在光滑水平地面上，斜面体上有一质量为m＝1kg的光滑楔形物体．用一水平向左的恒力F作用在斜面体上，系统恰好保持相对静止地向左运动．重力加速度为g＝10m/s2，下列判断正确的是()A．系统做匀速直线运动B．F＝40NC．斜面体对楔形物体的作用力大小为5eq\r(2)ND．增大力F，楔形物体将相对斜面体沿斜面向上运动6.[2023·湖南长沙长郡中学模拟]如图所示，升降机天花板上固定一轻滑轮，跨过滑轮的光滑轻绳分别系有物块A和B，B的下面是压力传感器C.系统静止时压力传感器C的读数为F1，当升降机以加速度a(a﹤g)加速下降时，压力传感器C的读数为F2.已知重力加速度为g，则eq\f(F1,F2)的值为()A．eq\f(g,g－a)B．eq\f(g,g＋a)C．eq\f(g－a,g＋a)D．eq\f(g＋a,g－a)7．(多选)如图所示，在倾角为θ的光滑斜面上，有两个物块P和Q，质量分别为m1和m2，用与斜面平行的轻质弹簧连接，在沿斜面向上的恒力F作用下，两物块一起向上做匀加速直线运动，则()A．两物块一起运动的加速度大小为a＝eq\f(F,m1＋m2)B．弹簧的弹力大小为T＝eq\f(m2,m1＋m2)FC．若只增大m2，两物块一起向上匀加速运动时，它们的间距变大D．若只增大θ，两物块一起向上匀加速运动时，它们的间距变大8．[2023·上海金山区模拟]“反向蹦极”是一项比蹦极更刺激的运动．如图所示，弹性轻绳的上端固定在O点，拉长后将下端固定在体验者的身上，并与固定在地面上的力传感器相连，传感器示数为1200N．打开扣环，人从A点由静止释放，像火箭一样被“竖直发射”，经B上升到最高位置C点，在B点时速度最大．人与装备总质量m＝60kg(可视为质点).忽略空气阻力，重力加速度g取10m/s2.下列说法正确的是()A．在C点，人所受合力为零B．在B点，弹性绳的拉力为零C．上升过程，人的加速度先减小再增大后不变D．打开扣环瞬间，人的加速度大小为10m/s29．[2022·湖南卷](多选)球形飞行器安装了可提供任意方向推力的矢量发动机，总质量为M.飞行器飞行时受到的空气阻力大小与其速率平方成正比(即F阻＝kv2，k为常量).当发动机关闭时，飞行器竖直下落，经过一段时间后，其匀速下落的速率为10m/s；当发动机以最大推力推动飞行器竖直向上运动，经过一段时间后，飞行器匀速向上的速率为5m/s.重力加速度大小为g，不考虑空气相对于地面的流动及飞行器质量的变化，下列说法正确的是()A．发动机的最大推力为1.5MgB．当飞行器以5m/s匀速水平飞行时，发动机推力的大小为eq\f(\r(17),4)MgC．发动机以最大推力推动飞行器匀速水平飞行时，飞行器速率为5eq\r(3)m/sD．当飞行器以5m/s的速率飞行时，其加速度大小可以达到3g10．中欧班列在欧亚大陆开辟了“生命之路”，为国际抗疫贡献了中国力量．某运送防疫物资的班列由40节质量相等的车厢组成，在车头牵引下，列车沿平直轨道匀加速行驶时，第2节对第3节车厢的牵引力为F.若每节车厢所受摩擦力、空气阻力均相等，则倒数第3节对倒数第2节车厢的牵引力为()A．FB．eq\f(19F,20)C．eq\f(F,19)D．eq\f(F,20)11.[2023·山东临沂二模]冰壶比赛是2022年北京冬奥会比赛项目之一，比赛场地示意图如图．在某次比赛中，中国队运动员从起滑架处推着冰壶出发，在投掷线AB处放手让冰壶以速度v0＝3m/s沿虚线滑出．从此时开始计时，在t＝10s时，运动员开始用毛刷一直连续摩擦冰壶前方冰面，使冰壶与冰面间的动摩擦因数减小，最后冰壶恰好停在圆心O处．已知投掷线AB与O之间的距离s＝30m，运动员摩擦冰面前冰壶与冰面间的动摩擦因数μ1＝0.02，摩擦冰面前后冰壶均做匀变速直线运动．重力加速度g＝10m/s2.求：(1)t＝10s时冰壶的速度及冰壶与AB的距离；(2)冰壶与被摩擦后的冰面之间的动摩擦因数μ2.12．[2022·浙江6月]物流公司通过滑轨把货物直接装运到卡车中，如图所示，倾斜滑轨与水平面成24°角，长度l1＝4m，水平滑轨长度可调，两滑轨间平滑连接．若货物从倾斜滑轨顶端由静止开始下滑，其与滑轨间的动摩擦因数均为μ＝eq\f(2,9)，货物可视为质点(取cos24°＝0.9，sin24°＝0.4).(1)求货物在倾斜滑轨上滑行时加速度a1的大小；(2)求货物在倾斜滑轨末端时速度v的大小；(3)若货物滑离水平滑轨末端时的速度不超过2m/s，求水平滑轨的最短长度l2.考点16牛顿第二定律的综合应用——提能力1．答案：C解析：当摆锤由最高点向最低点摆动时，先具有向下的加速度分量，后有向上的加速度分量，即游客先体会到失重后体会到超重．当摆锤摆动到最低点时，具有方向向上的最大加速度，此时游客体会到明显的超重，故选C.2．答案：AC解析：根据牛顿第二定律，飞机离开电磁弹射区后有F推－0.2mg＝ma2，解得a2＝4.0m/s2.由v2－veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))＝2a2(l－l1)，解得飞机在电磁弹射区的末速度v1＝20eq\r(2)m/s，由veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))＝2a1l1，解得飞机在电磁弹射区运动的加速度a1＝5.0m/s2，根据牛顿第二定律有F牵＋F推－0.2mg＝ma1，代入数据解得F牵＝2×104N，故B错误，A、C项正确；根据P＝Fv可知电磁弹射器在弹射过程中的功率不断增加，故D错误．3．答案：CD解析：由a­x图像可知，在0～2m内，建筑材料的加速度增大，不是匀加速直线运动，A错误；由无限分割求和思想，类比匀变速运动公式v2＝2ax得，在0～2m内图线与x轴所包围的面积为eq\f(veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2)),2)，即eq\f(veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2)),2)＝eq\f(1,2)×1×2m2/s2，当x＝2m时v2＝eq\r(2)m/s，B错误；在4～6m内，加速度向上，建筑材料处于超重状态，C正确；在0～4m内，图线与x轴所包围的面积为eq\f(1,2)×(2＋4)×1m2/s2＝eq\f(veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(4)),2)解得，当x＝4m时的速度为v4＝eq\r(6)m/s，在2～4m内，建筑材料做匀加速运动，上升过程所用的时间为t＝eq\f(v4－v2,a)，解得t＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\r(6)－\r(2)))s，D正确．4．答案：D解析：下滑时，根据牛顿第二定律mgsinθ－μmgcosθ＝ma1，上滑时，根据牛顿第二定律mgsinθ＋μmgcosθ＝ma2，显然a2>a1，将上滑过程看作加速度为a2的从零开始的匀加速直线运动，则其下滑的时间更短，拍摄到的滑块的数量更少，故上图为上滑的照片，故A错误；将上滑过程看作加速度为a2的从零开始的匀加速直线运动，根据速度—位移关系v2＝2ax，可知，到底端时，速度较大，则速度沿竖直方向的分量较大，则重力的功率较大，故B错误；因为滑块从斜坡顶部静止释放会下滑，所以mgsinθ>μmgcosθ，μ<tanθ，故C错误；垂直斜坡方向，斜坡的支持力相同，沿斜坡方向，摩擦力方向大小相同方向相反，则斜坡对滑块的作用力不同，故D正确．5．答案：BD解析：对整体受力分析如图甲所示，由牛顿第二定律有F＝(M＋m)a；对楔形物体受力分析如图乙所示，由牛顿第二定律有mgtan45°＝ma；可得F＝40N，a＝10m/s2，A错误，B正确；斜面体对楔形物体的作用力FN2＝eq\f(mg,sin45°)＝eq\r(2)mg＝10eq\r(2)N，C错误；外力F增大，则斜面体加速度增加，楔形物体不能获得那么大的加速度，将会相对斜面体沿斜面上滑，D正确．6．答案：A解析：静止时，压力传感器C的读数F1＝(mB－mA)g，当升降机以加速度a加速下降时，对于物块A有mAg－T＝mAa，对于物块B有mBg－T－F2＝mBa，解得F2＝(mB－mA)(g－a)，因此eq\f(F1,F2)＝eq\f(（mB－mA）g,（mB－mA）（g－a）)＝eq\f(g,g－a)，A正确．7．答案：BC解析：对整体受力分析，根据牛顿第二定律有F－(m1＋m2)gsinθ＝(m1＋m2)a，解得a＝eq\f(F,m1＋m2)－gsinθ，A错误；对m2受力分析，根据牛顿第二定律有F弹－m2gsinθ＝m2a，解得F弹＝eq\f(m2,m1＋m2)F，B正确；根据F弹＝eq\f(m2F,m1＋m2)＝eq\f(F,\f(m1,m2)＋1)，可知若只增大m2，两物块一起向上匀加速运动时，弹簧弹力变大，根据胡克定律可知，弹簧伸长量变大，则两物块的间距变大，C正确；根据F弹＝eq\f(m2F,m1＋m2)可知，只增大θ，两物块一起向上匀加速运动时，弹力不变，根据胡克定律可知，弹簧伸长量不变，则两物块的间距不变，D错误．8．答案：C解析：因C点为最高点，此时人速度为零，受到重力，合力不为零，A错误；在B点时速度为零，此时加速度为零，合力为零，绳的拉力大小等于重力的大小，B错误；上升过程中，开始是竖直向上的拉力大于重力，合力向上，根据牛顿第二定律可知F－mg＝ma，人的加速度方向竖直向上，随着人的上升，绳的形变量变小，拉力变小，合力变小，加速度减小，当到达B点时速度最大，合力为零，加速度为零，之后，由牛顿第二定律有mg－F＝ma，拉力继续减小，加速度反向增大，当弹性绳恢复原长后，拉力为零，人只受重力，加速度等于重力加速度，不再变化，直至最高点，C正确；根据题意可知，释放前人受到竖直向下的重力和拉力以及橡皮绳竖直向上的拉力，由平衡条件有F1＝F＋mg，打开扣环瞬间，人受到重力和橡皮绳竖直向上的拉力，由牛顿第二定律得F－mg＝ma，联立解得，打开扣环瞬间，人的加速度大小为a＝20m/s2，D错误．9．答案：BC解析：当飞行器关闭发动机以速率v1＝10m/s匀速下落时，有Mg＝kveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))，当飞行器以速率v2＝5m/s匀速向上运动时，有Mg＋kveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2))＝Fmax，联立解得Fmax＝1.25Mg，A项错误；当飞行器以速率v2＝5m/s匀速水平飞行时，飞行器受重力、推力和空气阻力作用而平衡，由平衡条件有F2＝(Mg)2＋(kveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2)))2，解得F＝eq\f(\r(17),4)Mg，B项正确；当飞行器以最大推力Fmax推动飞行器水平飞行时，由平衡条件有Feq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(max))－(Mg)2＝(kveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(3)))2，解得v3＝5eq\r(3)m/s，C项正确；当飞行器最大推力向下，飞行器以5m/s的速率向上减速飞行时，其加速度向下达到最大值，由牛顿第二定律有Mg＋Fmax＋kveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2))＝Mamax，解得amax＝2.5g，D项错误．10．答案：C解析：设每节车厢的质量为m，每节车厢所受摩擦力