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高三物理

高考物理牛顿运动定律的综合运用

来源:学大教育题库资源网 日期:2013年03月22

    一、选择题
    1.电梯内的地板上竖直放置一根轻质弹簧,弹簧上方有一质量为m的物体.当电梯静止时弹簧被压缩了x;当电梯运动时弹簧又被压缩了x.试判断电梯运动的可能情况是(   )
    A.以大小为2g的加速度加速上升
    B.以大小为2g的加速度减速上升
    C.以大小为g的加速度加速上升
    D.以大小为g的加速度减速下降
    【答案】选C、D.
    【详解】物体静止时,kx=mg,当电梯运动时,取向上为正方向,由牛顿第二定律得:2kx-mg=ma,可求出:a=g,方向竖直向上,因此电梯可能以大小为g的加速度加速上升,也可能以大小为g的加速度减速下降,故A、B均错误,C、D正确.
    2.在第11届全运会上,福建女选手郑幸娟以“背越式”成功地跳过了1.95 m的高度,成为全国冠军,若不计空气阻力,则下列说法正确的是(   )
    A.下落过程中她处于失重状态
    B.起跳以后上升过程她处于超重状态
    C.起跳时地面对她的支持力等于她对地面的压力
    D.起跳时地面对她的支持力大于她对地面的压力
    【答案】选A、C.
    【详解】无论是上升过程还是下落过程,运动员的加速度始终向下,所以她处于失重状态,A选项正确,B选项错误;起跳时地面对她的支持力与她对地面的压力为一对作用力与反作用力,大小应相等,C项正确,D项错误.
    3.从正在加速上升的气球上落下一个物体,在物体刚离开气球的瞬间,下列说法正确的是(   )
    A.物体向下做自由落体运动
    B.物体向上运动,加速度向上
    C.物体向上运动,加速度向下
    D.物体向上还是向下运动,要看物体离开气球时的速度
    【答案】选C.
    【详解】刚离开气球瞬间,物体由于惯性保持向上的速度,但由于合外力向下,故加速度方向向下.
    4.直升机悬停在空中向地面投放装有救灾物资的箱子,如图所示.设投放初速度为零,箱子所受的空气阻力与箱子下落速度的平方成正比,且运动过程中箱子始终保持图示姿态.在箱子下落过程中,下列说法正确的是(    )

    A.箱内物体对箱子底部始终没有压力
    B.箱子刚从飞机上投下时,箱内物体受到的支持力最大
    C.箱子接近地面时,箱内物体受到的支持力比刚投下时大
    D.若下落距离足够长,箱内物体有可能不受底部支持力“而飘起来”
    【答案】C
    【详解】以整体为研究对象,根据牛顿第二定律:(M+m)g-kv2=(M+m)a①,设箱内物体受到的支持力F N,以箱内物体为研究对象,有mg-F N=ma②,由①②两式得FN= .通过此式可知,随着下落速度的增大,箱内物体受到的支持力逐渐增大,所以ABD项错误,C项正确.
    5.如图所示,光滑水平面上放置质量分别为m和2m的四个木块,其中两个质量为m的木块间用一不可伸长的轻绳相连,木块间的最大静摩擦力是μmg.现用水平拉力F拉其中一个质量为2m的木块,使四个木块以同一加速度运动,则轻绳对m的最大拉力为()

    A.  B.  C.  D.3μmg
    【答案】B
    【详解】分别对整体右端一组及个体受力分析 ,运用牛顿第二定律,由整体法、隔离法可得
    F=6ma①F-μmg=2ma②μmg-T=ma③由①②③联立可得T= μmg所以B正确.
    6.如图甲所示,在粗糙水平面上,物体A在水平向右的外力F的作用下做直线运动,其速度—时间图象如图乙所示,下列判断正确的是
    (  )

    A.在0~1 s内,外力F不断增大
    B.在1 s~3 s内,外力F的大小恒定
    C.在3 s~4 s内,外力F不断减小
    D.在3 s~4 s内,外力F的大小恒定
    【答案】BC
    【详解】在0~1 s内,物体做匀加速直线运动,外力F恒定,故A错.在1 s~3 s内,物体做匀速运动,外力F也恒定,B正确.在3 s~4 s内,物体做加速度增大的减速运动,所以外力F不断减小,C对D错.
    7. 如图所示,底板光滑的小车上用两个量程为20 N,完全相同的弹簧测力计甲和乙系住一个质量为1 kg的物块,在水平地面上,当小车做匀速直线运动时,两弹簧测力计的示数均为10 N,当小车做匀加速直线运动时,弹簧测力计甲的示数为8 N,这时小车运动的加速度大小是
    (  )

    A.2 m/s2       B.4 m/s2
    C.6 m/s2       D.8 m/s2
    【答案】B
    【详解】小车做匀速直线运动时,物块随小车也做匀速直线运动,两弹簧测力计示数均为10 N,形变相同,弹簧测力计甲的示数变为8 N,形变减小Δx,弹簧测力计乙形变要增加Δx,因此弹簧测力计乙的示数为12 N,物块受到的合外力为4 N,故加速度的大小是a=Fm=41 m/s2=4 m/s2.
    8.如图甲所示,A、B两物体叠放在光滑水平面上,对物体A施加一水平力F,F-t图象如图乙所示,两物体在力F作用下由静止开始运动,且始终相对静止,规定水平向右为正方向,则下列说法正确的是(  )

    A.两物体在4 s时改变运动方向
    B.在1 s~3 s时间内两物体间摩擦力为零
    C.6 s时两物体的速度为零
    D.B物体所受的摩擦力方向始终与力F的方向相同
    【答案】D
    【详解】两物体在0~1 s内,做加速度增大的变加速运动,在1 s~3 s内,做匀加速运动,在3 s~4 s内,做加速度增大的变加速运动,在4 s~6 s内,做加速度减小的变加速运动,故两物体一直向一个方向运动,A、C错误,D正确,1 s~3 s时间内两物体做匀加速运动,对B进行受力分析可知两物体间的摩擦力不为零,B错误.
    9.图甲是某景点的山坡滑道图片,为了探究滑行者在滑道直线部分AE滑行的时间.技术人员通过测量绘制出如图乙所示的示意图.AC是滑道的竖直高度,D点是AC竖直线上的一点,且有AD=DE=10 m,滑道AE可视为光滑,滑行者从坡顶A点由静止开始沿滑道AE向下做直线滑动,g取10 m/s2,则滑行者在滑道AE上滑行的时间为(  )

    A.2 s   B.2 s
    C.3 s   D.22 s
    【答案】B
    【详解】AE两点在以D为圆心半径为R=10 m的圆上,在AE上的滑行时间与沿AD所在的直径自由下落的时间相同,t=4Rg=2 s,选B.
    10.某大型游乐场内的新型滑梯可以等效为如图所示的物理模型,一个小朋友在AB段的动摩擦因数μ1<tanθ,BC段的动摩擦因数μ2>tanθ,他从A点开始下滑,滑到C点恰好静止,整个过程中滑梯保持静止状态.则该小朋友从斜面顶端A点滑到底端C点的过程中(   )

    A.地面对滑梯的摩擦力方向先水平向左,后水平向右
    B.地面对滑梯始终无摩擦力作用
    C.地面对滑梯的支持力的大小始终等于小朋友和滑梯的总重力的大小
    D.地面对滑梯的支持力的大小先大于、后小于小朋友和滑梯的总重力的大小
    【答案】选A.
    【详解】小朋友在AB段沿滑梯向下匀加速下滑,在BC段向下匀减速下滑,因此小朋友和滑梯组成的系统水平方向的加速度先向左后向右,则地面对滑梯的摩擦力即系统水平方向合外力先水平向左,后水平向右,A正确,B错误;系统在竖直方向的加速度先向下后向上,因此系统先失重后超重,故地面对滑梯的支持力的大小先小于、后大于小朋友和滑梯的总重力的大小,C、D错误.
    二、非选择题
    11.一斜面固定在水平地面上,用平行于斜面的力F拉质量为m的物体,可使它匀速向上滑动,如图所示,若改用大小为3F的力,仍平行于斜面向上拉该物体,让物体从底部由静止开始运动、已知斜面长为L,物体的大小可以忽略,求:
    (1)在3F力的作用下,物体到达斜面顶端时的速度;
    (2)要使物体能够到达斜面顶端,3F力作用的时间至少多长?
     
    【答案】
    【详解】(1)设斜面倾角为θ,斜面对物体的摩擦力为Ff.当用F的拉力时,物体匀速运动,有
    F-mgsinθ-Ff=0                               ①
    当用3F的拉力时,物体的加速度为a,到达顶端时的速度为v,
    由牛顿第二定律
    3F-mgsinθ-Ff=ma     ②
    v2-0=2aL             ③
    由①②③式解得
    (2)设3F的拉力至少作用t时间,撤去拉力后加速度为a′,还能滑行t′时间,撤去拉力后有
    mgsinθ+Ff=ma′                           ④
    at2+ a′t′2=L                        ⑤
    由①②④式得a=2a′,又由速度关系
    at-a′t′=0,得t′=2t
    解得
    12.一小轿车从高为10 m、倾角为37°的斜坡顶端从静止开始向下行驶,当小轿车到达底端时进入一水平面,在斜坡底端115 m的地方有一池塘,发动机在斜坡上产生的牵引力为2×103 N,在水平地面上调节油门后,发动机产生的牵引力为1.4×104 N,小轿车的质量为2 t,小轿车与斜坡及水平地面间的动摩擦因数均为0.5(g取10 m/s2).求:

    (1)小轿车行驶至斜坡底端时的速度;
    (2)为使小轿车在水平地面上行驶而不掉入池塘,在水平地面上加速的时间不能超过多少?(轿车在行驶过程中不采用刹车装置)
    【答案】(1)10 m/s (2)5 s
    【详解】 (1)小轿车在斜坡上行驶时,由牛顿第二定律得F1+mgsin 37°-μmgcos 37°=ma1
    代入数据得a1=3 m/s2
    由v21=2a1x1=2a1h/sin 37°
    得行驶至斜坡底端时的速度v1=10 m/s
    (2)在水平地面上加速时,由牛顿第二定律得F2-μmg=ma2
    代入数据得a2=2 m/s2
    关闭油门后减速μmg=ma3
    代入数据得a3=5 m/s2
    关闭油门时轿车的速度为v2
    v22-v212a2+v222a3=x2
    得v2=20 m/s
    t=v2-v1a2=5 s
    即在水平地面上加速的时间不能超过5 s.

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