2027新高考物理复习53A版1-第三章 牛顿运动定律

专题三牛顿运动定律考点1牛顿运动定律的理解及基本应用考向1牛顿运动定律的理解8.(2025山东,8,3分)工人在河堤的硬质坡面上固定一垂直坡面的挡板,向坡底运送长方体建筑材料。如图所示,坡面与水平面夹角为θ,交线为PN,坡面内QN与PN垂直,挡板平面与坡面的交线为MN,∠MNQ=θ。若建筑材料与坡面、挡板间的动摩擦因数均为μ,重力加速度大小为g,则建筑材料沿MN向下匀加速滑行的加速度大小为()A.gsin2θ-μgcosθ-μgsinθcosθB.gsinθcosθ-μgcosθ-μgsin2θC.gsinθcosθ-μgcosθ-μgsinθcosθD.gcos2θ-μgcosθ-μgsin2θ答案B解题指导物体所受的力不在同一个平面内,将空间内的受力分析分解为平面内的受力分析,再利用牛顿第二定律计算加速度,就会减小本题的难度。解析如图甲所示,建筑材料所受重力可分解为垂直于坡面的G1和沿坡面且平行于QN的G2,由几何关系可得G1=mgcosθ、G2=mgsinθ;如图乙所示,再将平行于QN方向的G2分解为沿挡板MN的G3和垂直于挡板MN的G4,由几何关系可得G3=G2cosθ=mgsinθcosθ、G4=G2sinθ=mgsin2θ。(点拨:建筑材料沿坡面和沿挡板下滑,所以垂直于坡面和垂直于挡板方向所受合力均为零)建筑材料与坡面间的摩擦力Ff1=μFN1=μG1,建筑材料与挡板间的摩擦力Ff2=μFN2=μG4。由牛顿第二定律可得建筑材料沿MN向下匀加速滑行的加速度大小a=G3-Ff1-Ff2m=gsinθcosθ-μgcos1.(2025河南,1,4分)野外高空作业时,使用无人机给工人运送零件。如图,某次运送过程中的一段时间内,无人机向左水平飞行,零件用轻绳悬挂于无人机下方,并相对于无人机静止,轻绳与竖直方向成一定角度。忽略零件所受空气阻力,则在该段时间内()A.无人机做匀速运动B.零件所受合外力为零C.零件的惯性逐渐变大D.零件的重力势能保持不变答案D解析对零件受力分析如图,零件所受合力水平向左,故无人机向左做匀加速直线运动,A、B错误;质量是物体惯性的唯一量度,运动中零件的惯性不会变化,C错误;重力势能Ep=mgh,零件运动过程中高度不变,即到零势能面的距离h不变,故Ep不变,D正确。考点1牛顿运动定律的理解及基本应用考向2瞬时性问题动力学的两类基本问题5.(2025湖南,5,4分)如图,两带电小球的质量均为m,小球A用一端固定在墙上的绝缘轻绳连接,小球B用固定的绝缘轻杆连接。A球静止时,轻绳与竖直方向的夹角为60°,两球连线与轻绳的夹角为30°,整个系统在同一竖直平面内,重力加速度大小为g。下列说法正确的是()A.A球静止时,轻绳上拉力为2mgB.A球静止时,A球与B球间的库仑力为2mgC.若将轻绳剪断,则剪断瞬间A球加速度大小为gD.若将轻绳剪断,则剪断瞬间轻杆对B球的作用力变小答案C审题指导A静止时受三个力作用,大小为mg、方向竖直向下的重力,方向沿绳收缩方向的拉力,由A指向B的库仑力。根据共点力平衡的特点求出库仑力。剪断轻绳瞬间,绳对A球的拉力瞬间消失,但库仑力与重力均不变。解析如图,对A进行受力分析由题意可知,轻绳拉力与重力的合力沿二者夹角的角平分线方向,故T=mg,F库=2mgcos30°=3mg,A、B错误。剪断轻绳瞬间,轻绳拉力瞬间消失,A受到的重力、库仑力不变,重力与库仑力的合力与绳剪断前对A的拉力大小相等、方向相反,故加速度大小为g,C正确。在绳剪断瞬间B球受到的重力、库仑力不变,则轻杆的力不变,D错误。考点2牛顿运动定律的综合应用考向1连接体问题5.(2025安徽,5,4分)如图,装有轻质光滑定滑轮的长方体木箱静置在水平地面上,木箱上的物块甲通过不可伸长的水平轻绳绕过定滑轮与物块乙相连。乙拉着甲从静止开始运动,木箱始终保持静止。已知甲、乙质量均为1.0kg,甲与木箱之间的动摩擦因数为0.5,不计空气阻力,重力加速度g取10m/s2,则在乙下落的过程中()A.甲对木箱的摩擦力方向向左B.地面对木箱的支持力逐渐增大C.甲运动的加速度大小为2.5m/s2D.乙受到绳子的拉力大小为5.0N答案C解析甲向右运动,木箱静止,甲受到木箱的摩擦力方向向左,所以甲对木箱的摩擦力方向向右,A错误。在乙下落过程中,竖直方向的加速度不变,对甲与木箱整体根据牛顿第二定律可知地面对木箱的支持力不变,B错误。设轻绳的拉力大小为T,两物块的加速度大小为a,根据牛顿第二定律,对甲有T-μmg=ma,对乙有mg-T=ma,联立解得a=2.5m/s2,T=7.5N,C正确,D错误。考点2牛顿运动定律的综合应用考向2动力学中的图像问题和临界极值问题3.(2025陕晋青宁,3,4分)某智能物流系统中,质量为20kg的分拣机器人沿水平直线轨道运动,受到的合力沿轨道方向,合力F随时间t的变化如图所示,则下列图像可能正确的是()答案A解析由题图可知,机器人在0~1s时间内所受合力沿正方向,机器人相对轨道做匀加速直线运动,1~2s时间内所受合力为0,加速度为0,2~3s时间内所受合力与0~1s时间内所受合力大小相等、方向相反,机器人的加速度也与0~1s内机器人的加速度大小相等、方向相反,而且0~1s时间内与2~3s时间内的时间间隔相等,A正确。7.(2025湖北,7,4分)一个宽为L的双轨推拉门由两扇宽为L2的门板组成,门处于关闭状态,其俯视图如图(a)所示。某同学用与门板平行的水平恒定拉力作用在一门板上,一段时间后撤去拉力,该门板完全运动到另一边,且恰好不与门框发生碰撞,其俯视图如图(b)所示。门板在运动过程中受到的阻力与其重力大小之比为μ,重力加速度大小为g。若要门板的整个运动过程用时尽量短,则所用时间趋近于()A.L2μgB.LμgC.2L答案B解析由题意知门板的初速度为0,末速度为0,根据牛顿第二定律,门板先做匀加速直线运动,运动的加速度大小a1=F-μmgm,再做匀减速直线运动,运动的加速度大小a2=μg,总位移为L2,设总时间为t。当门板受到的恒力F不同,会得到不同的运动时间,门板的速度-时间图像如图所示,根据图像可知,需要满足总位移x不变,即v-t图像与t轴所围的面积不变,当恒力F趋近于无穷大时,匀加速运动过程的时间趋近于0,总时间最小,此时总位移L2=12μgt210.(2025黑吉辽蒙,10,6分)(多选)如图(a),倾角为θ的足够长斜面放置在粗糙水平面上。质量相等的小物块甲、乙同时以初速度v0沿斜面下滑,甲、乙与斜面的动摩擦因数分别为μ1、μ2,整个过程中斜面相对地面静止。甲和乙的位置x与时间t的关系曲线如图(b)所示,两条曲线均为抛物线,乙的x-t曲线在t=t0时切线斜率为0,则()A.μ1+μ2=2tanθB.t=t0时,甲的速度大小为3v0C.t=t0之前,地面对斜面的摩擦力方向向左D.t=t0之后,地面对斜面的摩擦力方向向左答案AD解析甲、乙的x-t曲线均为抛物线,说明甲、乙的运动均为匀变速直线运动,乙的x-t曲线在t=t0时切线斜率为0,则t=t0时乙的速度为0,对乙有x0=v0+02t0,对甲有3x0=v0+v2t0,解得v=2v0,B错误;对甲有v=v0+a1t0①,mgsinθ-μ1mgcosθ=ma1②,对乙有0=v0-a2t0③,μ2mgcosθ-mgsinθ=ma2④,解得a1=a2,μ1+μ2=2tanθ,A正确;t=t0之前,甲做加速运动,乙做减速运动,且加速度大小a1=a2,以斜面、甲和乙三者组成的整体为研究对象,则整体加速度为零,则地面对斜面无摩擦力,C错误;t=t0之后,甲继续加速下滑实验4探究加速度与物体受力、物体质量的关系11.(2025陕晋青宁,11,6分)图(a)为探究加速度与力、质量关系的部分实验装置。(1)实验中应将木板(填“保持水平”或“一端垫高”)。

(2)为探究加速度a与质量m的关系,某小组依据实验数据绘制的a-m图像如图(b)所示,很难直观看出图线是否为双曲线。如果采用作图法判断a与m是否成反比关系,以下选项可以直观判断的有。(多选,填正确答案标号)

m/kga/(m·s-2)0.250.6180.330.4820.400.4030.500.3171.000.152A.a-1m图像 B.a-m2C.am-m图像 D.a2-m图像(3)为探究加速度与力的关系,在改变作用力时,甲同学将放置在实验桌上的槽码依次放在槽码盘上;乙同学将事先放置在小车上的槽码依次移到槽码盘上。在其他实验操作相同的情况下,(填“甲”或“乙”)同学的方法可以更好地减小误差。

答案(1)一端垫高(2)AC(3)乙解析(1)实验中应将木板远离定滑轮的一端垫高,平衡摩擦力,确保小车的合力等于细线的拉力。(2)a和m的关系满足a=Fm,其中F为细线的拉力,m为小车的质量;当F恒定时,a-1m的图线为过原点的倾斜直线,可得a与m成反比,此图像可直观判断,A正确。随着小车的质量m变化,小车受到的合力ma不变,am-m图线为平行于横轴的直线,可得a与m成反比,此图像可直观判断,C正确。a-m2与a2-m图线均为曲线,无法直观判断a与(3)甲同学的实验中,增大了槽码和槽码盘的总质量m',可能无法满足m'远小于小车的质量m,故实验误差较大;乙同学的实验中,(m'+m)不变,系统加速度a=m'gm'+m,可得11.(2025安徽,11,6分)某实验小组通过实验探究加速度与力、质量的关系。(1)利用图甲装置进行实验,要平衡小车受到的阻力。平衡阻力的方法是:调整轨道的倾斜度,使小车。(选填正确答案标号)

a.能在轨道上保持静止b.受牵引时,能拖动纸带沿轨道做匀速运动c.不受牵引时,能拖动纸带沿轨道做匀速运动(2)利用图乙装置进行实验,箱体的水平底板上安装有力传感器和加速度传感器,将物体置于力传感器上,箱体沿竖直方向运动。利用传感器测得物体受到的支持力FN和物体的加速度a,并将数据实时传送到计算机。①图丙是根据某次实验采集的数据生成的FN和a随时间t变化的散点图,以竖直向上为正方向。t=4s时,物体处于(选填“超重”或“失重”)状态;以FN为横轴、a为纵轴,根据实验数据拟合得到的a-FN图像为图丁中的图线a。

②若将物体质量增大一倍,重新进行实验,其a-FN图像为图丁中的图线。(选填“b”“c”或“d”)

答案(1)c(2)①失重②d解析(1)平衡阻力时,把轨道的一侧垫高,以平衡小车受到的阻力。调节轨道的倾斜度,使小车在不受牵引力时能拖动纸带沿轨道做匀速直线运动,此时,小车重力沿轨道向下的分力与小车所受阻力大小相等。(2)①当加速度为0时,物体受力平衡,物体所受的支持力大小等于物体所受的重力大小,则结合题图丙可知物体重力大小为10N,当t=4s时,支持力FN约为2N,根据牛顿第二定律,物体的加速度方向竖直向下,故物体处于失重状态。②对物体进行受力分析,并根据牛顿第二定律,得FN-mg=ma整理得a=1mFN可知a-FN图线的斜率k=1m,即斜率与质量有关,a-FN图线在纵轴上的截距b=-g,当质量增大一倍时,图线斜率减小为原来的一半,在纵轴上的截距不变。则题图丁中图线d正确。课本溯源该试题以探究小车加速度与力、质量的关系为载体,考查学生的实验操作及对超重失重概念的理解和牛顿第二定律的应用。试题的(1)问源自人教版教材必修一中参考案例1的原文,(2)问①中超重失重概念来自教材,考查对概念的简单理解并通过概念做出判断,(2)问则体现了图像法在处理实验数据时的重要作用。因此,学生在学习时应重视教材的使用,要特别关注对基本实验、基本定律的理解。13.(2025山东,13,6分)某小组采用如图甲所示的装置验证牛顿第二定律,部分实验步骤如下:(1)将两光电门安装在长直轨道上,选择宽度为d的遮光片固定在小车上,调整轨道倾角,用跨过定滑轮的细线将小车与托盘及砝码相连。选用d=cm(填“5.00”或“1.00”)的遮光片,可以较准确地测量遮光片运动到光电门时小车的瞬时速度。

(2)将小车自轨道右端由静止释放,从数字毫秒计分别读取遮光片经过光电门1、光电门2时的速度v1=0.40m/s、v2=0.81m/s,以及从遮光片开始遮住光电门1到开始遮住光电门2的时间t=1.00s,计算小车的加速度a=m/s2(结果保留2位有效数字)。

(3)将托盘及砝码的重力视为小车受到的合力F,改变砝码质量,重复上述步骤,根据数据拟合出a-F图像,如图乙所示。若要得到一条过原点的直线,实验中应(填“增大”或“减小”)轨道的倾角。