专题03 牛顿运动定律（期末专项训练）（解析版）

1/1专题03牛顿运动定律TOC\o"1-1"\h\uTOC\o"1-1"\h\u题型01牛顿第一定律惯性 1题型02牛顿第三定律 3题型03牛顿第二定律的简单应用 5题型04超重与失重 6题型05瞬时加速度问题 9题型06连接体问题 11题型07临界极值问题 12题型08传送带模型 15题型09板块模型 16题型10教材原型与革新 17题型01牛顿第一定律惯性1.《考工记》中有“马力既竭，辀犹能一取焉”的记载，描述了马对车施力停止后车继续前行的现象。以下关于此现象的分析正确的是（）A．车前行是因为受到马的惯性作用B．马对车停止施力后车继续前行是因为车具有惯性C．车的惯性随速度增大而减小D．此现象说明力是维持物体运动状态的原因【答案】B【详解】AB．题中描述的是惯性现象（牛顿第一定律），车在马停止后继续前行，是因为其具有保持原有运动状态的特性，即惯性，故A错误，B正确；C．惯性只与质量有关，与速度无关，故C错误；D．力是改变物体运动状态的原因，故D错误。故选B。2.某自动流水线装置可以使货物在水平传送带上运动方向转过，其示意图如图所示。货物与传送带间不发生相对滑动，则（）A．以地面为参考系，货物是静止的B．转弯过程中，货物始终处于平衡状态C．转弯过程中，货物的惯性发生变化D．研究货物的运动轨迹时，可以将其视为质点【答案】D【详解】A．以地面为参考系，货物是运动的，故A错误；B．转弯过程中，货物运动方向发生改变，不处于平衡状态，故B错误；C．转弯过程中，货物的质量不变，惯性不变，故C错误；D．研究货物的运动轨迹时，货物的大小，形状没有影响，可以将货物视为质点，故D正确。故选D。3.伽利略在研究力和运动的关系时，为了阐明自己的观点，设计了如图所示的实验：让一个小球沿斜面从静止状态开始运动，小球将“冲”上另一个斜面。如果没有摩擦，小球将到达原来的高度。如果第二个斜面倾角减小，小球仍将到达原来的高度，但是运动的距离更长。由此可以推断，当斜面最终变为水平面时，小球要到达原有高度将永远运动下去。下列说法中正确的是（）A．该实验充分证实了亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的观点B．伽利略设计的无摩擦的斜面可以通过改进实验装置制作工艺实现C．“小球沿右侧斜面向上运动时，如果没有摩擦，小球将到达原来的高度”，这是实际实验现象D．这种理想实验是依据逻辑推理把实际实验理想化，从而揭示现象本质的研究方法【答案】D【详解】A．当右侧斜面倾角变为时，忽略摩擦力的影响，小球将一直运动下去，伽利略的结论是“力不是维持物体运动的原因”，故A错误；B．没有摩擦，绝对光滑的轨道，无论通过什么工艺都不能实现，故B错误；C．由于没有绝对光滑的轨道，故“小球沿右侧斜面向上运动时，如果没有摩擦，小球将到达原来的高度”，这是实际实验观察不到的现象，故C错误；D．伽利略理想实验的本质是想象着把实际存在，影响物体运动的摩擦力去掉，抓住事物的本质，这种依据逻辑推理把实际实验理想化的思想，也是揭示现象本质的重要研究方法之一，故D正确。故选D。题型02牛顿第三定律4.如图所示，大人和小孩进行拔河比赛，大人保持静止却能轻松把小孩拉过来。不计绳子的质量，下列说法中正确的是（）A.大人的重力和地面对大人的支持力是一对相互作用力B.当小孩被匀速向左拉时，大人对绳子的拉力大于小孩对绳子的拉力C.当小孩被加速向左拉时，绳子对小孩的拉力大于小孩对绳子的拉力D.小孩被拉动前后，惯性不变【答案】D【解析】大人的重力和地面对大人的支持力作用在同一物体上，是一对平衡力，故A错误；由于绳子质量不计，绳子受力平衡，大人对绳子的拉力与小孩对绳子的拉力是一对平衡力，两者大小相等，方向相反，故B错误；无论小孩处于何种运动状态，绳子对小孩的拉力与小孩对绳子的拉力，是一对相互作用力，两者大小相等，方向相反，故C错误；惯性是物体自身具有的属性，惯性只与质量有关，与物体的运动状态无关，故D正确。5.如图所示，在水平地面上，一位同学单手倒立斜靠在一大木箱上（木箱侧面光滑），已知同学的质量小于木箱质量，同学和木箱均保持静止状态，则下列说法正确的是（）A．同学受到地面的摩擦力小于木箱受到地面的摩擦力B．同学受到地面的摩擦力与木箱受到地面的摩擦力是一对平衡力C．同学受到木箱向右的弹力与地面对人向左的摩擦力是作用力与反作用力D．同学受到的重力的平衡力是地面对他向上的弹性力【答案】D【详解】A．对同学和木箱的整体分析，水平方向受合外力为零，则同学受到地面的摩擦力与木箱受到地面的摩擦力大小相等，方向相反，选项A错误；B．同学受到地面的摩擦力与木箱受到地面的摩擦力因作用在两个物体上，不是一对平衡力，选项B错误；C．弹力和摩擦力是不同性质的力，则同学受到木箱向右的弹力与地面对人向左的摩擦力不是作用力与反作用力，选项C错误；D．同学受到的重力的平衡力是地面对他向上的弹性力，选项D正确。故选D。6.如图所示为一旅客拖动行李箱在水平地面沿直线匀加速前进的示意图，已知旅客对行李箱的拉力斜向右上方，则下列说法正确的是（）A．地面对行李箱的支持力等于行李箱的重力B．旅客对行李箱的拉力大于行李箱对旅客的拉力C．地面对旅客的支持力大于旅客的重力D．地面对行李箱的支持力与行李箱对地面的压力是一对平衡力【答案】C【详解】A．对行李箱受力分析，人对行李箱的拉力有竖直向上的分力，所以地面对行李箱的支持力小于行李箱的重力，A错误；B．旅客对行李箱的拉力与行李箱对旅客的拉力是相互作用力，大小相等，方向相反，B错误；C．对旅客受力分析，行李箱对旅客的拉力有竖直向下的分力，故地面对旅客的支持力大于旅客的重力，C正确。D．地面对行李箱的支持力与行李箱对地面的压力是相互作用力，D错误。故选C。题型03牛顿第二定律的简单应用7.关于牛顿第二定律，下列说法中正确的是（）A．物体加速度的大小是由物体的质量和物体的速度决定的B．物体加速度的方向只由它所受合外力的方向决定，与速度方向无关C．物体的加速度方向、速度方向总是与物体所受合外力的方向相同D．一旦物体所受合外力为零，则物体的加速度立即为零，其运动也就逐渐停止了【答案】B【详解】A．根据牛顿第二定律，物体的加速度的大小由合力的大小和质量决定，与物体的速度无关，故A错误；B．物体加速度的方向只由它所受合外力的方向决定，与速度方向无关，故B正确；C．物体所受合外力的方向和加速度的方向总是相同的，但是与速度方向不一定相同，故C错误；D．一旦物体所受合力为零，则物体的加速度立即为零，物体将做匀速运动或静止状态，故D错误。故选B。8.冰壶比赛是在水平冰面上进行的体育项目。如图所示，比赛时运动员从起滑架处推着冰壶出发，在投掷线AB处放手让冰壶以一定的速度滑出，冰壶的停止位置越靠近圆心O越好，AB中点P与O相距L=30m。某次训练中，运动员使冰壶从P点以v0=3m/s的速度向圆心O滑出，已知冰壶和冰面间的动摩擦因数μ=0.02，g取10m/s2。冰壶滑行过程中的加速度大小a=m/s2，冰壶滑行的总位移大小x=m。【答案】0.222.5【详解】[1]冰壶滑行过程中对冰壶由牛顿第二定律得解得冰壶滑行过程中的加速度大小为a=0.2m/s2[2]由速度-位移公式v2=2ax可得x=22.5m9.图甲所示，工地电动物料运输车的左端有一个垂直底板的挡板。工人将空车从静止开始沿直线推到物料堆前，初始以加速度做匀加速运动，经后做匀减速运动，再经过后刚好停在物料堆处。工人将一个质量的物料放在车上，保持车底板P与水平面间的夹角向左推车，如图乙所示。物料受到的摩擦力不计。取，，重力加速度，求：(1)初始时空车到物料堆的距离；(2)放上物料后以加速推车时，底板P对物料支持力的大小。【答案】(1)24m(2)163N【详解】（1）题意知加速结束时的速度则初始时空车到物料堆的距离联立解得（2）物料受力如图对物料，由牛顿第二定律有竖直方向有联立解得则底板P对物料支持力的大小为163N。题型04超重与失重10.2025年大火电影《哪吒之魔童闹海》中，哪吒驾驭风火轮飞行，如图所示，哪吒含装备在风火轮作用下竖直向上先加速再减速到最高点，然后再水平向右匀加速移动一段距离，空气阻力不能忽略。下列说法正确的是（）A．加速上升过程中，哪吒处于失重状态B．减速上升过程中，哪吒处于超重状态C．水平移动过程中，风火轮对哪吒作用力斜向右上方D．水平移动过程中，风火轮对哪吒作用力竖直向上【答案】C【详解】AB．加速上升过程中，加速度向上，哪吒处于超重状态，减速上升过程中，加速度向下，哪吒处于失重状态，故AB错误；CD．水平匀加速移动过程中，根据受力分析和牛顿第二定律知，哪吒受到重力、风火轮的作用力以及水平向左的阻力，合力水平向右，所以风火轮对哪吒作用力应斜向右上方，故C正确、D错误。故选C。11.近几年，极限运动越来越受到年轻人的喜欢，其中“反向蹦极”是一项比蹦极更刺激的运动。如图所示是简化模型，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，此时力传感器示数为1200N。打开扣环，从A点由静止释放，体验者像火箭一样被“竖直发射”，经B点上升到最高位置C点，在B点时速度最大。已知人与装备（可视为质点）的总质量为60kg，不计空气阻力，重力加速度g取，下列说法正确的是（）A．打开扣环瞬间，体验者的加速度大小为B．从A到B过程，体验者做加速度增大的加速运动C．在B点，体验者所受合力最大D．在C点，体验者处于超重状态【答案】A【详解】A．传感器示数，设此时弹性绳的弹力大小为F，由平衡条件有，解得，打开扣环瞬间，由牛顿第二定律有，解得，A正确；B．体验者从A到B过程，弹性绳的拉力大于人的重力，随着人向上运动，弹性绳的伸长量减小，弹性绳的弹力减小，人所受合力减小，加速度减小，到达B点时弹性绳的弹力与重力相等，合力为零，故人做加速度不断减小的加速运动，B错误；C．在B点时速度最大，故体验者所受合力为零，C错误；D．在B点时速度最大，C点速度为0，可知B到C过程人做减速运动，加速度向下，故人处于失重状态，D错误。故选A。12.某物体沿竖直方向运动的速度随时间变化的图像如图所示，取竖直向上为正方向。关于该物体在前6s内的运动情况，下列说法正确的是（）A．2s时速度方向发生变化B．第3s内和第4s内的加速度相同C．前4s内的位移大小为8mD．第5s内处于失重状态【答案】B【详解】A．在0-3s过程中速度一直为正值，可知2s时速度方向没有发生变化，选项A错误；B．第3s内和第4s内图像的斜率相同，则物体的加速度相同，选项B正确；C．图像与坐标轴围成的面积等于位移可知，前4s内的位移大小为，选项C错误；D．第5s内向下减速，加速度向上，则处于超重状态，选项D错误。故选B。题型05瞬时加速度问题13.如图，水平轻质弹簧一端固定在墙上，另一端与物块A相连，A的右端通过轻质细线连接物块B，B再与物块C通过轻质细线跨接在定滑轮两端。已知A、B、C质量相等，AB间以及B与滑轮间的细线处于水平，不计所有摩擦，弹簧处于弹性限度内，初始时，A、B、C均处于静止状态。现将AB间细线剪断，设剪断瞬间A、B的加速度大小分别为、，则（）A． B． C． D．【答案】C【详解】剪断前，对B分析可知，A、B间绳子拉力为对A分析可知弹簧弹力剪断后，弹簧弹力不变，对A根据牛顿第二定律有对BC整体分析可知联立解得故选C。14.如图所示，一个质量为3m的箱子放在台秤的托盘上，箱内有一质量为m的圆环A，A的上端用轻弹簧与箱子的顶部连接，A的下端用细线系在箱子的底部，细线绷紧，拉力大小为mg，整个系统处于静止状态。现将细线剪断，不计空气阻力，下列说法正确的是（）A．剪断细线前，台秤读数为3mgB．剪断细线的瞬间，台秤读数不变C．剪断细线后，圆环A向上运动至最高点的过程中，台秤读数将一直增大D．剪断细线后，圆环A向上运动至最高点的过程中，圆环A将先超重后失重【答案】D【详解】A．未剪断绳子前，对圆环和箱子整体分析，可知台秤示数，故A错误；B．剪断细线的瞬间，细线对箱子向上的拉力消失，弹簧弹力在瞬间不发生变化，导致箱子对台秤的压力增大，因此台秤的读数将突然变大，故B错误；CD．剪断细绳前，对圆环进行受力分析可知，圆环受到重力、细绳的拉力和弹簧的弹力的作用受力平衡，所以剪断细线的瞬间，对圆环进行受力分析有解得且方向竖直向上，由此可知圆环向上先做加速运动后做减速运动，整个系统先处于超重后处于失重状态，所以台秤读数先变大后变小，故C错误，D正确。故选D。15.如图所示，一个箱子用轻绳悬吊在空中处于静止状态，质量相等的物块P、Q用轻弹簧连接竖直立在箱子内，P刚好与箱顶接触但没有作用力。现剪断轻绳，则在剪断轻绳的瞬间（）A．弹簧的弹力突然减为零 B．P与箱顶的作用力仍然为零C．P受到的合力小于Q受到的合力 D．Q对箱底的压力减为原来的一半【答案】D【详解】A．未剪断轻绳时，弹簧的弹力大小等于物块P的重力，剪断轻绳的一瞬间，整体向下的加速度为g，弹簧长度不变，弹力不变，仍等于物块P的重力，故A错误；B．由于P的加速度为g，因此箱顶对P的压力与弹簧弹力等大反向，故B错误；C．由于剪断轻绳的一瞬间，整体向下的加速度为g，故P和Q受到的合力均等于它们的重力，P受到的合力等于Q受到的合力，故C错误；D．未剪断轻绳时，Q对箱底的压力等于P、Q的总重，剪断一瞬间，Q的加速度为g，则Q受到箱底的支持力与弹簧的弹力大小相等，即这时Q对箱底的压力减为原来的一半，故D正确。故选D。题型06连接体问题16.如图所示，两相同物块用细线相连接，放在粗糙水平面上，在水平恒力F作用下，一起做匀加速直线运动，物块间细线的拉力大小为T。当两物块均由粗糙的水平面运动到光滑的水平面上且仍在F的作用下运动，则（）A．两物块的加速度变大，细线的拉力仍为TB．两物块的加速度不变，细线的拉力仍为TC．两物块的加速度变大，细线的拉力小于TD．两物块的加速度不变，细线的拉力小于T【答案】A【详解】设物块的质量为m，当水平地面粗糙时，设动摩擦因数为，以两物块为整体，根据牛顿第二定律可得解得加速度为以左侧物体为对象，根据牛顿第二定律可得联立可得绳子的拉力为当水平地面光滑时，以两物块为整体，根据牛顿第二定律可得解得加速度为以左侧物体为对象，根据牛顿第二定律可得联立可得绳子的拉力为则有，故选A。17.如图所示，三个质量均为的物块用不可伸长的轻绳连接起来，各物块间、物块与接触面间的动摩擦因数均为，绳子和滑轮间的摩擦不计，其中水平面内的绳子处于水平方向，而竖直面内的绳子处于竖直方向，。将该系统由静止释放，三个物块开始运动，则竖直面内的物块的加速度为（）A． B．² C． D．【答案】A【详解】设竖直绳拉力为，绕过定滑轮的绳子拉力为，三物体加速度大小一样为a，由牛顿第二定律对竖直方向物块对水平面上的下方物块对水平面上的上方物块联立解得竖直面内的物块的加速度为故选A。题型07临界极值问题18.如图所示，质量分别为1kg和2kg的A、B两个物体放在光滑水平面上，外力、同时作用在两个物体上，其中（表达式中各个物理量的单位均为国际单位），。下列说法中正确的是（）A．时，物体A的加速度大小为B．后物体B的加速度最小C．后两个物体运动方向相反D．若仅将A、B位置互换，时物体A的加速度为【答案】D【详解】A．在水平方向上的分力为假设A、B间无弹力，则时，有此时因此A、B之间有弹力，整体一起运动，有解得选项A错误；B．当AB间弹力刚好减小到零时，物体B的加速度最小，此刻有解得此后A加速度减小，B做匀加速运动，选项B错误；C．之前，两物体均沿F1方向加速运动，后F1方向反向，A做减速运动，但两个物体运动方向仍然相同，选项C错误；D．若仅将A、B位置互换，假设A、B间无弹力，则说明A、B分离运动，假设正确，则时物体A的加速度为，选项D正确。故选D。19.如图所示，质量的一只长方体空铁箱在水平拉力的作用下沿水平地面向右做匀加速直线运动，这时铁箱内一个质量的木块（可视为质点）恰好能静止在铁箱左壁上。已知铁箱与水平地面间的动摩擦因数，铁箱内壁与木块间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，铁箱内壁与木块间各处的动摩擦因数均相同，铁箱的长度，取重力加速度大小。(1)求铁箱的加速度大小；(2)若减小拉力，经过一段时间，木块沿铁箱左壁落到底部时不反弹，此时铁箱和木块的速度为（未知），立即撤去拉力，木块刚好停在铁箱右壁，求速度的大小。【答案】(1)(2)【解析】【小题1】对铁箱和木块构成的整体受力分析，竖直方向上有水平方向上有其中解得【小题2】木块恰好能静止在铁箱左壁上时，对木块受力分析，竖直方向上有水平方向上有又有解得撤去拉力后，木块将相对于铁箱滑动，对木块受力分析有解得对铁箱受力分析，有根据牛顿第三定律有解得木块的位移铁箱的位移木块刚好运动到铁箱右壁，则有解得题型08传送带模型20.如图所示，某机场行李传输系统可简化为倾斜传送带以恒定速率顺时针转动，时刻从传送带底端无初速地释放一行李（图中用方块表示，视为质点），时刻行李通过传送带中间某位置时的速率达到。在行李从传送带底端运动到顶端的过程中，行李的位移随时间变化的关系图像可能正确的是（）A． B．C． D．【答案】A【详解】在时间内，行李受到重力、支持力与滑动摩擦力，因为滑动摩擦力大于行李所受重力沿传送带向下的分力，所以行李做匀加速直线运动，图像为开口向上的抛物线，在时刻，行李的速度与传送带的速度相同，行李受到的摩擦力为静摩擦力，且静摩擦力与行李所受重力沿传送带向下的分力大小相等，行李的加速度突变为零，此后行李做匀速直线运动，图像为向上倾斜的直线。故选A。21.在地铁和火车站入口处可以看到用于对行李进行安全检查的水平传送带。如图所示，水平传送带以速度匀速向右运动，长度为。旅客把行李箱无初速度放到传送带A端，行李箱与传送带间的动摩擦因数。已知重力加速度，行李箱可看成质点，不计空气阻力。求：(1)行李箱从A端运动到B端的时间t；(2)行李箱相对于传送带滑动的距离s。【答案】(1)4.5s(2)0.5m【详解】（1）由牛顿第二定律得行李箱在传送带上匀加速运动的加速度行李箱在传送带上匀加速运动的位移大小行李箱在传送带上匀加速运动的时间行李箱在传送带上匀速运动的时间行李箱从A端运动到B端的时间（2）行李箱在传送带上匀加速运动的时间内传送带运动的位移大小行李箱相对于传送带滑动的距离题型09板块模型22.如图所示，水平桌面宽度，其上铺有很薄的桌布，桌布左侧与桌边平齐，桌布上静止放置一茶杯（可视为质点），茶杯位于桌面中央处。现用力沿水平方向拉动桌布，使茶杯与桌布间发生相对滑动，茶杯滑离桌布落到桌面上时速度不变，所用时间忽略不计，茶杯恰好停在桌边。已知茶杯与桌布间及茶杯与桌面间的动摩擦因数均为0.2，重力加速度取，桌布运动加速度为，茶杯运动时间为，下列说法正确的是（）A．， B．，C．， D．，【答案】B【详解】根据题意可知，茶杯做加速和减速的加速度大小均为，根据对称性可得茶杯加速阶段有，解得茶杯加速阶段的时间为，则茶杯减速阶段的时间也为，茶杯的运动时间为，根据相对运动位移关系可得，解得桌布运动加速度为故选B。23.如图甲，质量的长木板静置于粗糙水平地面上，质量的物块置于木板之上，时刻力F作用于长木板，其变化规律如图乙，之后木板的摩擦力f随时间t的变化规律如图丙。木板与地面间及物块与木板间的动摩擦因数、以及均未知（），求：(1)F随t的变化规律公式；(2)木板质量、木板与地面间及物块与木板间的动摩擦因数、；(3)后木板的加速度随t的关系式。【答案】(1)(2)，，(3)【详解】（1）由乙图图线斜率解得（2）由丙图：时，时，时，木板与物块相对滑动根据牛顿第二定律解得，，（3）由牛顿第二定律得代入解得题型10教材原型与革新24.小厦同学在探究加速度与质量关系的实验中，做如下操作：（1）选用了电磁打点计时器、对应电源连接方式是图甲中的（选填“A”或“B”），纸带穿过限位孔，且位于复写纸下方；（2）用如图乙所示装置完成实验，实验过程中保持木板水平；（3）保持砂和砂桶的总质量不变，改变小车和车内砝码的总质量，进行实验，打出纸带，算出相应的加速度，根据数据作出图像如图丙