资源描述
2022年高考中物理牛顿运动定律笔记重点大全
1
单选题
1、如图所示,倾角为θ=37°的传送带以速度v1=2m/s顺时针匀速转动。将一物块以v2=8m/s的速度从传送带的底端滑上传送带。已知小物块与传送带间的动摩擦因数μ=0.5,传送带足够长,取sin37°=0.6,cos37°=0.8, g=10m/s2,下列说法正确的是( )
A.小物块向上运动过程中的加速度大小为10m/s2
B.小物块向上运动的时间为1. 2s
C.小物块向上滑行的最远距离为4m
D.小物块最终将随传送带一起向上匀速运动
答案:C
解析:
ABD.由于物块的速度大于传送带的速度,所以物块相对传送带向上运动,物块受重力和沿斜面向下的滑动摩擦力,沿斜面方向有根据牛顿第二定律
mgsinθ+μmgcosθ=ma1
代入数据解得
a1=10m/s2
方向沿斜面向下。
设物体减速到传送带速度需要的时间为t1,有
t1=v1-v2-a1=0.6s
由于物体所受重力沿斜面方向的分力大于滑动摩擦力,因此物体相对传送带向下运动,受到的滑动摩擦力沿斜面向上,沿斜面方向根据牛顿第二定律有
mgsinθ-μmgcosθ=ma2
代入数据解得:
a2=2m/s2
方向沿斜面向下;最后减速到速度为零的时间为
t2=v1a2=1s
故小物块向上运动的时间为1.6s。故ABD错误。
C.小物块向上滑行的最远距离为
x=v1+v22t1+v12t2=2+82×0.6+22×1m=4m
故C正确。
故选C。
2、如图所示,物体静止于水平面上的O点,这时弹簧恰为原长l0,物体的质量为m,与水平面间的动摩擦因数为μ,现将物体向右拉一段距离后自由释放,使之沿水平面振动,下列结论正确的是( )
A.物体通过O点时所受的合外力为零
B.物体将做阻尼振动
C.物体最终只能停止在O点
D.物体停止运动后所受的摩擦力为μmg
答案:B
解析:
A.物体通过O点时弹簧的弹力为零,但摩擦力不为零,A错误;
B.物体振动时要克服摩擦力做功,机械能减少,振幅减小,做阻尼振动,B正确;
CD.物体最终停止的位置可能在O点也可能不在O点。若停在O点摩擦力为零,若不在O点,摩擦力和弹簧的弹力平衡,停止运动时物体所受的摩擦力不一定为μmg,CD错误。
故选B。
3、如图所示,质量为m1的木块和质量为m2的长木板叠放在水平地面上,现对木块施加一水平向右的拉力F,木块在长木板上滑行,而长木板保持静止状态。己知木块与长木板间的动摩擦因数为μ1,长木板与地面间的动摩擦因数为μ2,且最大静摩擦力与滑动摩擦力相等,下列说法正确的是( )
A.木块受到的摩擦力大小为μ1(m1+m2)g
B.长木板受到的摩擦力大小为μ2(m1+m2)g
C.若改变F的大小,当F>μ1(m1+m2)g时,长木板将开始运动
D.若将F作用于长木板,长木板与木块有可能会相对滑动
答案:D
解析:
AB.先对木块受力分析,受拉力F、重力、支持力和向后的滑动摩擦力,滑动摩擦力为
Ff1=μ1m1g
根据牛顿第三定律,木块对长木板有向前的滑动摩擦力,长木板还受到重力、压力、支持力和地面对其向后的静摩擦力,根据平衡条件,则木板受到的摩擦力的合力大小为0,故AB错误;
C.若改变F的大小,当
F>μ1(m1+m2)g
时,滑块加速,但滑块与长木板的滑动摩擦力不变,故长木板与地面间的静摩擦力也不变,故木板不会运动,故C错误;
D.若将力F作用在长木板上时,滑块受木板的作用力等于二者间的滑动摩擦力,当整体的加速度大于μg时,木块一定会发生相对木板的滑动,故D正确。
故选D。
4、如图所示,滑轮A可沿倾角为θ的足够长光滑轨道下滑,滑轮下用轻绳挂着一个重力为G的物体B,下滑时,物体B相对于A静止,则下滑过程中(不计空气阻力)( )
A.绳的拉力为GB.绳的拉力为Gcosθ
C.绳的方向与光滑轨道不垂直D.B的加速度为g sinθ
答案:D
解析:
D.对整体分析,根据牛顿第二定律得:
加速度为
a=MgsinθM=gsinθ
则B的加速度为gsinθ。故D正确。
ABC.隔离对B分析,根据牛顿第二定律知,B的合外力沿斜面向下,大小为
mBa=mBgsinθ=Gsinθ
由平行四边形定则知,绳的方向与轨道垂直,拉力大小为
T=Gcosθ
选项ABC错误。
故选D。
多选题
5、一有固定斜面的小车在水平面上做直线运动,小球通过细绳与车顶相连。小球某时刻正处于如图所示状态。设斜面对小球的支持力为FN,细绳对小球的拉力为FT,关于此时刻小球的受力情况,下列说法正确的是( )
A.若小车向左运动,FN可能为零B.若小车向左运动,FT可能为零
C.若小车向右运动,FN不可能为零D.若小车向右运动,FT不可能为零
答案:AB
解析:
A. 若小车向左减速,加速度方向向右,若小球所受拉力和重力的合力产生的加速度与小车的加速度相同,则N为零,A正确;
B. 若小车向左加速,加速度方向向左,若小球所受支持力和重力的合力产生的加速度与小车的加速度相同,则拉力T为零,B正确;
C. 若小车向右加速,加速度方向向右,若小球所受的拉力和重力的合力产生的加速度与小车的加速度相同,则此时N为零,C错误;
D. 若小车向右减速,加速度方向向左,若小球所受支持力和重力的合力产生的加速度与小车的加速度相同,则拉力T为零,D错误。
故选AB。
6、如图所示,一足够长的传送带倾斜放置,倾角为θ=37°,以恒定速率v=4m/s顺时针转动。一物块以初速度v0=12m/s从A端冲上传送带,若物块与传送带间的动摩擦因数μ=0.25,g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,则下列说法正确的是( )
A.物块以8m/s2的加速度匀减速至0后以4m/s2的加速度加速回到A点
B.物块从冲上传送带到返回A端所用的时间为(2+5)s
C.物块在上升阶段,在传送带上留下的划痕长为2m
D.物块在传送带上留下的划痕长为(12+45)m
答案:BD
解析:
A.对物块,开始阶段由牛顿第二定律可得
mgsinθ+μmgcosθ=ma1
a1=8m/s2
共速后
mgsinθ-μmgcosθ=ma2
a2=4m/s2
物块先以12m/s的初速度,8m/s2的加速度减速至4m/s,后又以4m/s2的加速度减速至0,再反向加速至回到A点,A错误;
B.运动学图像如图所示
t1=4-12-8s=1s
t2=0-4-4s=1s
物块上升到最高点的位移大小等于速度随时间变化的图线与时间轴所包围的面积的大小,物块沿传送带向上滑行的位移
x=12×(12+4)×1m+12×4×1m=10m
物块上升到最高点后反向向下做初速度为零的匀加速直线运动,设返回到A点所需的时间为t3,下滑的位移
x=12a2t32
解得
t3=5s
则物块从冲上传送带到返回A端所用时间为
t=t1+t2+t3=(2+5)s
B正确;
C.在0到1s内传送带比物块速度慢,则滑块在传送带上的划痕为
L1=12×(12+4)×1m-4×1m=4m
此时划痕在物块的下方,在1s到2s内,传送带速度比物块速度大,则
L2=4×1m-12×4×1m=2m
因为L2<L1,所以在上升阶段产生的划痕为4m,此时物块在产生的划痕的中点,C错误;
D.在2s到(2+5)s时间内,物块向下滑了10m,传送带向上滑了45m,则物块在传送带上的划痕为
L3=(10+45+2)m=(12+45)m
故D正确。
故选D。
7、一滑块从某固定粗糙斜面底端在沿斜面向上的恒力作用下由静止开始沿斜面向上运动,某时刻撤去恒力,运动过程中滑块的动能随位移变化的图象如图所示,图中Ek0、s0为已知量,斜面与水平面的夹角θ的正弦值sinθ=0.6,下列说法正确的是( )
A.滑块上升的最大高度为2710s0
B.滑块与斜面间的动摩擦因数为12
C.恒力F的大小等于2Ek0s0
D.滑块与斜面间因摩擦产生的热量为108Ek025
答案:BD
解析:
A.根据题图结合题意可知,上滑过程滑块位移为s0时动能为Ek0,位移为95s0时恒力F撤去,此时动能为95Ek0,之后滑块在重力沿斜面向下的分力和摩擦力作用下做减速运动,位移为115s0时动能减为Ek0,可得滑块上升过程中的最大位移为2710s0,则滑块上升的最大高度为
H=2710s0sinθ=8150s0
故A错误;
B.从撤去恒力至滑块上升到最高点的过程由动能定理有
-mg27s010-9s05sinθ-μmg27s010-9s05cosθ=0-9Ek05
滑块从最高点下滑到斜面底端的过程中有
2710mgs0sinθ-2710μmgs0cosθ=27Ek025
联立解得
μ=12
故B正确;
C.根据Ek-s图象斜率的绝对值表示滑块所受合外力大小可知,下滑过程有
mgsinθ-μmgcosθ=27Ek025⋅1027s0
受恒力F沿斜面上滑过程有
F-mgsinθ-μmgcosθ=Ek0s0
联立解得
F=3Ek0s0
故C错误;
D.整个过程中因摩擦产生的热量为
Q=2μmgcosθ×2710s0=108Ek025
故D正确。
故选BD。
8、如图所示,电梯的顶部挂有一个弹簧测力计,其下端挂了一个重物,电梯匀速直线运动时测力计的示数为10N。在某时刻测力计的示数变为8N,关于电梯的运动,以下说法正确的是(g取10m/s2)( )
A.电梯可能向上加速运动,加速度大小为2m/s2B.电梯可能向下加速运动,加速度大小为2m/s2
C.电梯可能向上减速运动,加速度大小为2m/s2D.电梯可能向下减速运动,加速度大小为2m/s2
答案:BC
解析:
电梯匀速直线运动时,弹簧秤的示数为10N,知重物的重力等于10N。对重物有
mg-F=ma
解得
a=2m/s2
方向竖直向下,则电梯的加速度大小为2m/s2,方向竖直向下。电梯可能向下做加速运动,也可能向上做减速运动。故BC正确,AD错误。
故选BC。
填空题
9、如图所示,mA=4.0kg,mB=2.0kg,A和B紧靠着放在光滑水平面上,从t=0时刻起,对B施加向右的水平恒力F2=4.0N,同时对A施加向右的水平变力F1=20-20tN,t=______s时A、B将分离,此时B物体的加速度大小为______m/s2。
答案: 0.6 2
解析:
[1]力F1的表达式
F1=20-20t
A、B分离时二者没有相互作用力,但二者加速度大小相等,根据加速度相等可得
F1mA=F2mB
联立并代入数值可得
t=0.6s
[2]当t=0.6s时
F1=20-20t=8N
二者一起加速运动,取整体为研究对象,由牛顿第二定律可得
F1+F2=mA+mBa
代入数值可得
a=2m/s2
10、如果已知物体的运动情况,根据运动学规律求出物体的______,结合受力分析,再根据牛顿第二定律求出______。
答案: 加速度 力
解析:
略
11、判断正误:(1)物体加速度的方向一定与合外力方向相同。( )
(2)质量越大的物体,加速度越小。( )
(3)物体的质量与加速度成反比。( )
(4)物体受到外力作用,立即产生加速度。( )
答案: 正确 错误 错误 正确
解析:
(1)[1]由牛顿第二定律
F=ma
可知物体加速度的方向一定与合外力方向相同,故正确;
(2)[2]只有当合外力一定时,质量越大的物体,加速度越小,故错误;
(3)[3] 只有当合外力一定时,物体的质量与加速度成反比,故错误;
(4)[4] 由牛顿第二定律知:物体受到外力作用,立即产生加速度。
12、小明同学学习了牛顿运动定律后,自制了一个简易加速度计。如图,在轻杆的上端装有转轴,固定于竖直放置的标有角度的木板上的O点,轻杆下端固定一个小球,杆可在竖直面内自由转动。他利用这个加速度计来测量校车的加速度,测量时他应让板面竖直且与校车的运动方向__________(选填“垂直”或“平行”),已知重力加速度大小为g,当轻杆与竖直方向的夹角为θ时,校车的加速度大小为___________。
答案: 平行 gtanθ
解析:
[1][2]由加速度原理知,小车加速度在水平方向,则板面与校车运动方向平行,当轻杆与竖直方向的夹角为θ时,受力分析如图
由平衡条件知,小球不上下移动,即竖直方向合力为0,则有
F'mg=tanθ
由牛顿第二定律知
F'=ma
解得
a=gtanθ
解答题
13、某课外兴趣小组的两名同学小明和小亮见到公园的一个儿童直行滑梯(即滑梯的底面为一与地面成一定角度的平整斜面,并没有弯曲),一位小朋友正从滑梯顶端滑下,他们便利用手机和相机来研究物理问题:小明用手机测出了某次小朋友从顶端滑到底端所用时间t=2.4s,小亮则利用相机的连拍功能拍下了该小朋友滑到滑梯底端出口处的三张连拍照片,他使用的这架相机每秒钟拍摄60张,其中的两张小朋友照片都在滑梯末端的出口段内,这段基本上是水平的。他把这两张照片相比较,估测出这段时间内的位移Δx=6cm,又以旁边的台阶为参照物,估测出滑梯的顶端到底端的高度差约为h=2.16m,请你帮他俩估算出该小朋友与滑梯间的动摩擦因数μ。(g取10m/s2)
答案:0.40
解析:
由题意可知每两张照片的时间间隔为
Δt=160s
在时间间隔内可认为小朋友做匀速运动,所以小朋友离开滑梯底端时的速度为
v=ΔxΔt=0.06160=3.6m/s
把小朋友在滑梯上的运动近似看作初速为零的匀变速运动,则加速度为
a=vt=3.62.4m/s2=1.5 m/s2
设滑梯从顶端到底端的滑道长度为l,高度差为h,斜面的倾角为θ,则
l=v22a=3.622×1.5m=4.32 m
所以
sinθ=hl=2.164.32=0.5
小朋友在滑梯上滑下时根据牛顿第二定律有
mgsin θ-μmgcos θ=ma
代入数据解得
μ=0.40
14、游乐场中滑滑梯是儿童喜欢的游乐项目,如图所示,其滑面可视为与水平地面夹角为θ的平直斜面。可以观察到有些小朋友能从滑梯上端加速下滑,有些小朋友却一直无法滑下来。已知当地的重力加速度为g,忽略滑滑梯侧壁对小朋友下滑的摩擦力。
(1)若小朋友下滑过程与滑面间的动摩擦因数为μ,求下滑加速度大小a;
(2)找出小朋友坐在滑面上却无法滑下的物理原因。
答案:(1)gsinθ-μcosθ;(2)见解析
解析:
(1)设小朋友的质量为m,由牛顿第二定律
mgsinθ-f=ma
N-mgcosθ=0
由滑动摩擦力公式
f=μN
解方程组得
a=gsinθ-μcosθ
(2)把小朋友的重力分解,如图示
Gx=mgsinθ
重力沿斜面向下的分力Gx≤最大静摩擦力(fm)时,小朋友坐在滑面上无法滑下
15、如图所示,水平地面上固定一倾角为37°的粗糙斜面,斜面某位置固定一垂直斜面的挡板,一质量为1kg的物体,从离挡板距离为0.8m处的A点,以初速度1m/s沿斜面下滑,物体与挡板相撞1.0×10-3s后,沿着斜面上滑,设物体与斜面间的动摩擦因数μ=0.8,与挡板碰撞无机械能损失。sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2,求:
(1)物体与挡板碰撞前的速度大小;
(2)碰撞中,挡板对物体的平均作用力大小;
(3)物体与挡板碰撞后,沿斜面运动的时间。
答案:(1) v1=0.6m/s;(2) F=1206N;(3) 362s
解析:
(1)设物体沿斜面下滑的加速度大小为a1,碰撞挡板前的速度为v1,根据牛顿第二定律有
mgsin37°-μmgcos37°=ma1
得
a1=-0.4m/s2
根据运动学公式有
v12-v02=2a1x
解得
v1=0.6m/s
(2)设物体反弹后的速度方向为正方向,挡板对小球的平均作用力大小为F,根据动量定理有
Ft-mgsin37°t=mv1--mv1
解得
F=1206N
(3)分析可知,物体沿斜面向上做匀减速直线运动,设物体沿斜面上滑的加速度大小为a2,运动的时间为t',由牛顿第二定律有
μmgcos37°+mgsin37°=ma2
a2=12.4m/s2
根据运动学公式
0=v1-a2t'
解得
t'=362s
由μmgcos37°>mgsin37°,物体沿斜面运动的时间为362s.
16、如图所示,水平地面上固定一倾角为37°的粗糙斜面,斜面某位置固定一垂直斜面的挡板,一质量为1kg的物体,从离挡板距离为0.8m处的A点,以初速度1m/s沿斜面下滑,物体与挡板相撞1.0×10-3s后,沿着斜面上滑,设物体与斜面间的动摩擦因数μ=0.8,与挡板碰撞无机械能损失。sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2,求:
(1)物体与挡板碰撞前的速度大小;
(2)碰撞中,挡板对物体的平均作用力大小;
(3)物体与挡板碰撞后,沿斜面运动的时间。
答案:(1) v1=0.6m/s;(2) F=1206N;(3) 362s
解析:
(1)设物体沿斜面下滑的加速度大小为a1,碰撞挡板前的速度为v1,根据牛顿第二定律有
mgsin37°-μmgcos37°=ma1
得
a1=-0.4m/s2
根据运动学公式有
v12-v02=2a1x
解得
v1=0.6m/s
(2)设物体反弹后的速度方向为正方向,挡板对小球的平均作用力大小为F,根据动量定理有
Ft-mgsin37°t=mv1--mv1
解得
F=1206N
(3)分析可知,物体沿斜面向上做匀减速直线运动,设物体沿斜面上滑的加速度大小为a2,运动的时间为t',由牛顿第二定律有
μmgcos37°+mgsin37°=ma2
a2=12.4m/s2
根据运动学公式
0=v1-a2t'
解得
t'=362s
由μmgcos37°>mgsin37°,物体沿斜面运动的时间为362s.
实验题
17、理想实验是科学研究中的一种重要方法,如图所示的是伽利略根据可靠的事实进行的理想实验和推论的示意图。请在下面的空格里填入恰当的内容,完成对各示意图的说明。
如图(1)所示,把两个斜面对接,让小球由静止开始从左侧斜面上高为h处滚下,如果没有摩擦,小球将达到右侧斜面相同高度的地方。
如图(2)所示,如果减小右侧斜面的倾角,小球到达右侧斜面上的高度要________(选填“大于”“等于”或“小于”)原来的高度h,但要通过更长的距离。
如图(3)所示,继续减小右侧斜面的倾角,直到使它成为水平面,小球不可能达到原来的高度h,就要沿着水平面以________(填“恒定”或“变化”)的速度持续运动下去。
答案: 等于 恒定
解析:
要解答本题需掌握:
①伽利略著名的斜面理想实验的步骤;
②科学认识事物,分析现象和把握物理规律的能力;
③伽利略理想实验是为了验证:运动的物体如果不受其他物体的作用,其运动会是匀速的,而且将永远运动下去.
如图(1)所示,把两个斜面对接,让小球由静止开始从左侧斜面上高为h处滚下,如果没有摩擦,小球将达到右侧斜面相同高度的地方。
[1]如图(2)所示,如果减小右侧斜面的倾角,小球到达右侧斜面上的高度要等于原来的高度h,但要通过更长的距离。
[2]如图(3)所示,继续减小右侧斜面的倾角,直到使它成为水平面,小球不可能达到原来的高度h,就要沿着水平面以恒定的速度持续运动下去。
18、某小组利用打点计时器测量橡胶滑块与沥青路面间的动摩擦因数。给橡胶滑块一初速度,使其拖动纸带滑行,打出纸带的一部分如图所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50Hz,纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出,经测量AB、BC、CD、DE间的距离分别为xAB=1.20cm,xBC=6.19cm,xCD=11.21cm, xDE=16.23cm。在ABCDE五个点中,打点计时器最先打出的是_______点,在打出D点时物块的速度大小为____m/s(保留3位有效数字);橡胶滑块与沥青路面间的动摩擦因数为________(保留1位有效数字,g取9.8 m/s2)。
答案: E 1.37 0.5
解析:
[1]橡胶滑块在沥青路面上做匀减速直线运动,速度越来越小,在相等的时间内,两计数点间的距离越来越小,所以打点计时器最先打出的是E点;
[2]由题知,每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出,所以两个相邻计数点的时间为:T=0.1s,根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度,则打出D点时物块的速度大小为
vD=xCE2T=xCD+xDE2T
代入数据解得:vD=1.37m/s;
[3]根据匀变速直线运动的推论公式
△x=aT2
可以求出加速度的大小,得:
a=xAB+xBC-xCD-xDE4T2
代入数据解得:a=-5m/s2
对橡胶滑块,根据牛顿第二定律有:
-μmg=ma
解得:μ=0.5
19、2020年12月8日,中尼两国联合宣布珠穆朗玛峰的最新高程为8848.86米。在此次珠峰高程测量中,采用的一种方法是通过航空重力仪测量重力加速度,从而间接测量海拔高度。我校“诚勤立达”兴趣小组受此启发设计了如下实验来测量渝北校区所在地的重力加速度大小。已知sin53°=0.8、cos53°=0.6、sin37°=0.6、cos37°=0.8,实验步骤如下:
a.如图1所示,选择合适高度的垫块,使长木板的倾角为53°;
b.在长木板上某处自由释放小物块,测量小物块距长木板底端的距离x和小物块在长木板上的运动时间t;
c.改变释放位置,得到多组x、t数据,作出xt-t图像,据此求得小物块下滑的加速度为4.90m/s2;
d.调节垫块,改变长木板的倾角,重复上述步骤。
回答下列问题:
(1)当长木板的倾角为37°时,作出的图像如图2所示,则此时小物块下滑的加速度a=______ms2;(保留3位小数)
(2)小物块与长木板之间的动摩擦因数μ=______;
(3)依据上述数据,可知我校渝北校区所在地的重力加速度g=______ms2;(保留3位有效数字)
(4)某同学认为:xt-t图像中图线与时间轴围成的面积表示小物块在时间t内的位移大小。该观点是否正确?( )
A. 正确 B.错误 C.无法判断
答案: 1.958m/s2 0.5或0.50 9.79m/s2 B
解析:
(1)[1]小物块在斜面上做匀加速直线运动有
x=12at2
变形为
xt=12at
故xt-t图像的斜率
k=a2
由图2可知
k=0.979
故此时的加速度
a=2k=1.958m/s2
(2) (3)[2][3]长木板倾角为53°时有
mgsin53°-μmgcos53°=ma1
长木板倾角为37°时有
mgsin37°-μmgcos37°=ma2
联立可解得
μ=0.5,g=9.79m/s2
(4)[4]xt-t图像中的面积微元Δs=xt⋅Δt,无物理意义,故选B。
20、某同学制作了一个“竖直加速度测量仪”可以用来测量竖直上下电梯运行时的加速度,其构造如图所示。把一根轻弹簧上端固定,下端悬吊90g重物时,弹簧下端的指针指在木板刻度为C的位置,现把悬吊100g重物时指针位置的刻度标记为0,以后该重物就固定在弹簧上,和小木板上的刻度构成了一个“竖直加速度测量仪”。若当地重力加速度g=10m/s2,测得0和C点的距离为1cm,则该弹簧的劲度系数为___________N/m。某时刻观察到该100g重物下降1cm,则此时电梯加速度方向为___________(填“竖直向上”或“竖直向下”),大小为___________m/s2。
答案: 10 竖直向上 1.0
解析:
[1] 根据胡克定律F=kΔx可得
k=FΔx=ΔmgΔx=(100-90)×10-3×101×10-2N/m=10N/m
[2] 重物下降,说明弹簧伸长,弹力增大,此时电梯加速度方向竖直向上;
[3] 此时弹簧的弹力大小为
F=mg+kΔx'=0.1×10+10×0.01N=1.1N
根据牛顿第二定律有
F-mg=ma
代入数据解得
a=1.0m/s2
25
展开阅读全文