高中物理牛顿运动定律全部重要知识点.docx

高中物理牛顿运动定律全部重要知识点1单选题1、如图所示，光滑的小滑轮D（可视为质点）固定，质量均为m的物体A和B用轻弹簧连接，一根不可伸长的轻绳一端与物体A连接，另一端跨过定滑轮与质量为M的小环C连接。小环C穿过竖直固定的光滑均匀细杆，小环C位于R处时，绳与细杆的夹角为，此时物体B与地面刚好无压力。图中SD水平，位置R和Q之间高度差为h，R和Q关于S对称。现让小环从R处由静止释放，环下落过程中绳始终处于拉直状态，环到达Q处时获得最大速度。在小环从R处下落到Q处的过程中，下列说法正确的是（）A小环C机械能最大的位置在S点下方B弹簧弹力和地面支持力对物体B的冲量和为零C小环C的最大动能为M2ghM+mcos2D小环C到达位置Q时，物体A的加速度大小为Mmcosg-g答案：C解析：A小环C下落过程受重力、杆的支持力和细线的拉力，非重力做功等于机械能的变化量。到位置S前的过程中，非重力做正功，机械能增加。经过S的过程，非重力做负功，机械能减小。因此，小环C的机械能先增加再减小，下落到位置S时，小环C的机械能最大，故A错误；B小环从R处下落到Q处的过程中，物体B始终静止在地面上，动量变化量为零，因此物体B所受合力的冲量为零，即重力、弹簧弹力和地面对物体B的支持力的冲量和为零，则弹簧弹力和地面对物体的支持力的冲量和与重力冲量等大反向，由于此过程重力冲量不为零，故B错误；C环在Q时动能最大。环在R和Q时，弹簧长度相同，弹性势能相同。Q和A通过细线相连，沿着绳子的分速度相等（如图1所示），故vQcos=vA故A与环的动能之比为EkAEkQ=12mvA212MvQ2=mMcos2对小环和A的系统Mgh=EkA+EkQ联立可得小环C的最大动能EkQ=M2ghM+mcos2故C正确；D环在R和Q时，弹簧长度相同，B对地面的压力为零，说明弹簧处于伸长状态且弹力等于物体B的重力mg。环在Q位置，环速度最大，说明受力平衡，受重力、支持力和拉力，根据平衡条件，有Tcos=Mg对A有T-mg-F=ma对B有F=mg联立可得为a=Mmcosg-2g故D错误。故选C。小提示：2、如图，一倾角为 = 37的足够长的斜面固定在水平地面上。当t = 0时，滑块以初速度v0= 10m/s沿斜面向上运动，已知滑块与斜面间的动摩擦因数为 = 0.5，重力加速度g取10m/s2，sin37 = 0.6，cos37 = 0.8，下列说法正确的是（）A滑块上滑的距离小于5mBt = 1s时，滑块速度减为零，然后静止在斜面上Ct = 2s时，滑块恰好又回到出发点Dt = 3s时，滑块的速度大小为4m/s答案：D解析：A以沿斜面向下为正方向，上滑过程，由牛顿第二定律得mgsin + mgcos = ma1代入数据解得a1=10m/s2滑块向上的最大位移x = v022a1=100210 = 5mA错误；B由于mgsin mgcos可知，滑块不可能静止在斜面上，B错误；C下滑过程，由牛顿第二定律得mgsinmgcos = ma2代入数据解得a2=2m/s2滑块向上运动到最高点的时间t1=0-(-v0)a1=1010=1s向下的运动x=12a2t22所以t2=5s滑块恰好又回到出发点的总时间t=t1+t2=(1+5)sC错误；D选取向下为正方向，t = 3s时，滑块的速度为v3 = v0 + a1t1 + a2t2 = 10 + 10 1 + 2 2 m/s = 4m/sD正确。故选D。3、重庆由于其良好的生态环境和有利的地理位置，是鸟类的好居处。如图所示，质量为m的鸽子，沿着与水平方向成15角、斜向右上方的方向以大小为v的速度匀速飞行，重力加速度大小为g，下列说法正确的是（）A鸽子处于失重状态B空气对鸽子的作用力大于mgC空气对鸽子的作用力的功率为mgvD鸽子克服自身的重力的功率为mgvsin15答案：D解析：A由鸽子匀速飞行可知，鸽子所受合外力为0，A错误；B由共点力平衡条件可知，空气对鸽子的作用力等于mg，B错误；C空气对鸽子的作用力竖直向上，所以空气对鸽子的作用力的功率为mgvcos75，C错误；D鸽子克服自身的重力的功率为P=-P重力由力的功率表达式P重力=mgvcos（15+90）联立解得P=mgvsin15D正确。故选D。4、如图甲所示，用体重计研究运动与力的关系，测量者先静止站在体重计上，然后完成下蹲动作。该过程中体重计示数的变化情况如图乙所示。则（）A测量者经历了加速、减速、再加速、再减速四个阶段B测量者在t1t2时间内表现为失重C测量者在t3时刻速度最小D测量者在t4时刻加速度最小答案：B解析：A根据图像可知，体重计示数与受支持力大小相等，由图乙可知，支持力先小于重力，后大于重力，故先失重后超重，即经历先加速下降后减速下降，故A错误；B由图乙可知，测量者在t1t2时间内表现为失重，因为支持力小于重力，合力向下，加速度向下，故B正确；C由图乙可知，测量者在t3时刻之前，合力一直向下，向下加速，t3时刻速度最大，故C错误；D由图乙可知，测量者在t4时刻合力最大，根据牛顿第二定律可知，加速度最大，故D错误。故选B。5、小明站在电梯内的体重计上，电梯静止时体重计示数为50kg，若电梯在竖直方向运动过程中，他看到体重计的示数为45kg时，取重力加速度g=10m/s2。下面说法中正确是（）A电梯可能在加速上升，加速度大小为9m/s2B电梯可能在加速上升，加速度大小为1m/s2C电梯可能在减速上升，加速度大小为1m/s2D电梯可能在减速下降，加速度大小为9m/s2答案：C解析：体重计示数减小，即小明对体重计的压力减小，即电梯处于失重状态，所以电梯的加速度方向向下，大小为a=mg-Nm=5010-451050m/s2=1m/s2所以可能在以1m/s2的加速减速上升或加速下降，故C正确，ABD错误。故选C。6、一质量为m的物体在水平恒力F的作用下沿水平面运动，在t0时刻撤去力F，其v-t图像如下图所示。已知物体与水平面间的动摩擦因数为，则力F的大小为（）AmgB2mgC3mgD4mg答案：C解析：设加速阶段加速度大小为a1，减速阶段加速度大小为a2，由牛顿第二定律可得F-mgm=a1mgm=a2由图像可知a1=2a2则F=3mg故选C。7、如图所示，质量M=8kg的小车放在水平光滑的平面上，在小车左端加一水平推力F=8N。当小车向右运动的速度达到3m/s时，在小车前端轻轻地放上一个大小不计、质量为m=2kg的小物块，小物块与小车间的动摩擦因数=0.2，小车足够长。求：从小物块放在小车上开始，经过t=1.5s小物块通过的位移大小为多少？（取g=10m/s2）（）A1.25mB1.75mC2mD2.25m答案：D解析：小物块放到小车上后，根据题意，对小物块由牛顿第二定律得mg=ma1对小车由牛顿第二定律得F-mg=Ma2设经过时间t1两者速度相等，根据速度与时间的关系式有3+a2t=a1t解得t1=2s则小物块在1.5s内，一直做匀加速直线运动，根据位移与时间的关系式x=12a1t2代入数据解得，经过t=1.5s小物块通过的位移大小为x=2.25m故ABC错误D正确。故选D。8、2022年北京冬奥会自由式滑雪空中技巧项目在张家口云顶滑雪公园华行。奥运冠军徐梦桃（无滑雪杖）从助滑坡滑下，从圆弧形跳台起跳，在空中完成空翻、旋转等动作后在着落坡着陆，最后以旋转刹车方式急停在停止区，关于运动员在圆孤形跳台上的运动，下列说法正确的是（）A在此阶段运动员受重力、支持力和向心力B在圆弧形跳台最低点时运动员处于失重状态C在此阶段运动员的滑行速率保持不变D在圆弧形跳台最低点时运动员处于超重状态答案：D解析：A运动员在圆弧形跳台上的运动过程中，受到重力、支持力和雪地的摩擦阻力作用，没有受到向心力作用，向心力是按效果命名的，不是物体实际所受的力，选项A错误；BD在圆弧形跳台最低点时，因为进入圆周运动状态，需要向心力，方向向上，所以合力向上，处于超重状态，选项B错误，D正确；C随着运动员在圆弧型跳台上高度的升高，受向下的重力和雪地的摩擦阻力作用，速率逐渐减小，选项C错误。故选D。多选题9、如图甲所示，一质量为m1的薄木板（厚度不计）静止在光滑水平地面上，现有一质量为m2的滑块以一定的水平初速度v0，从木板的左端开始向木板的右端滑行，滑块和木板的水平速度大小随时间变化的情况如图乙所示，根据图象可知以下判断正确的是（）A滑块始终与木板存在相对运动B滑块未能滑出木板C滑块的质量m2大于木板的质量m1D在t1时刻，滑块从木板上滑出答案：ACD解析：滑块以水平初速度v0滑上木板，滑块减速，木板加速，滑块和木板的加速度的大小分别为a2m2gm2ga1m2gm1由题图乙可知，滑块的速度一直大于木板的速度，即两者之间始终存在相对运动，在t1时刻，滑块滑出木板，各自做匀速直线运动。由题图乙分析可知，图像的斜率等于加速度，则a2a1即gm2gm1则m1m2故选ACD。10、物体的质量为2kg，放在光滑水平面上，同时受到水平方向大小为2N和7N的两个力的作用，则物体的加速度大小可能为（）A2m/s2B3m/s2C4m/s2D5m/s2答案：BC解析：同时受到水平方向大小为2N和7N的两个力的作用，这两个力的合力取值范围为5NF9N由牛顿第二定律可得a=Fm解得2.5m/s2amgsin37，物体沿斜面运动的时间为362s.26、如图所示，倾角=37的斜面固定在水平地面上，斜面底端固定一挡板P，上端装有光滑定滑轮，E、F是斜面上两点，P、E间距离L1=0.7m，E、F间距离L2=9m。轻绳跨过滑轮连接质量mB=4kg的平板B和质量mC=3kg的重物C，质量mA=1kg且可看成质点的小物块A置于长L=3.2m的平板B上端，初始时A、F沿斜面方向距离L0=2m，当小物块A在EF区间运动时对其施加一个沿斜面向下大小F=10N的恒力。已知小物块A、平板B之间动摩擦因数1=0.75，平板B与斜面之间的动摩擦因数2=0.25，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，sin37=0.6，cos37=0.8，平板B与挡板P碰撞后不反弹。取g=10m/s2。整个装置初始状态保持静止，现将轻绳剪断，求：（1）小物块A在轻绳剪断的瞬间所受摩擦力的大小；（2）小物块A由静止运动到挡板P所用的时间。答案：（1）2N；（2）2.05s解析：（1）轻绳剪断的瞬间，设A、B相对静止一起向下做匀加速运动，由牛顿第二定律得mA+mBgsin37-2mA+mBgcos37=mA+mBa解得a=4m/s2设B对A的静摩擦力大小为FfBA，对A受力分析，由牛顿第二定律得mAgsin37-FfBA=mAa解得FfBA=2NA、B间的最大静摩擦力Ffmax=1mAgcos=6NFfBAFfmax，所以A、B能够相对静止一起向下做匀加速运动所以小物块A在绳剪断的瞬间所受摩擦力的大小为2N。（2）小物块A刚运动至F点时，小物块A、平板B速度满足v02=2aL解得v0=4m/s设该过程的运动时间为t1，则v0=at1解得t1=1s当小物块A进入EF区间内时，A、B之间发生相对运动，对小物块A有F+mAgsin37-1mAgcos37=mAa1解得a1=10m/s2对平板B有1mAgcos37+mBgsin37-2mA+mBgcos37=mBa2解得a2=5m/s2当小物块A刚运动至E点时，速度满足v12-v02=2a1L2解得v1=14m/s小物块A在EF之间的运动时间为t2=v1-v0a1=1s对平板B有v2=v0+a2t2=9m/s平板B运动的位移为x=v22-v022a2=6.5m此时平板B的下端距离P的距离为x=L1-L+L2-x=0m此时平板B与挡板刚好相撞，此后小物块A离开EF区域，在平板B的上表面匀速滑行，A离开EF区域后滑行时间为t3=L1v1=0.05s因此小物块A到达P所用的时间为t=t1+t2+t3=2.05s27、如图所示，滑板静止在水平轨道上，质量m2 kg，板长L0.6 m，左端A点到轨道上B点距离x6 m，滑板与轨道间的动摩擦因数0.2。现对滑板施加水平向右的推力F10 N，作用一段时间后撤去，滑板右端恰能到达B点，求：（1）推力F作用的时间；（2）推力F的最大功率。答案：（1）1.2 s；（2）36 W解析：（1）在外力F作用下，根据牛顿第二定律可知Fmgma1解得a13 m/s2经历的时间为t，则va1t通过的位移为x1=v22a1撤去外力后的加速度大小为a2=mgm=2m/s2减速通过的位移为x2=v22a2又因x1x2xL联立解得t1.2 sv3.6 m/s（2）推力的最大功率PFv103.6 W36 W28、哈利法塔是目前世界最高的建筑。游客乘坐观光电梯从地面开始经历加速、匀速、减速的过程恰好到达观景台只需50秒，运行的最大速度为15m/s。观景台上可以鸟瞰整个迪拜全景，可将棕榈岛、帆船酒店等尽收眼底，颇为壮观。一位游客用便携式拉力传感器测得在加速阶段质量为1kg的物体受到的竖直向上拉力为11N，若电梯加速、减速过程视为匀变速直线运动（g取10m/s2），求：（1）电梯加速阶段的加速度大小及加速运动的时间；（2）若减速阶段与加速阶段的加速度大小相等，求观景台的高度；（3）若电梯设计安装有辅助牵引系统，电梯出现故障，绳索牵引力突然消失，电梯从观景台处自由下落，为防止电梯落地引发人员伤亡，电梯启动辅助牵引装置使其减速到速度为零，牵引力为重力的3倍，下落过程所有阻力不计，则电梯自由下落最长多少时间必须启动辅助牵引装置？答案：（1）1m/s2、15s；（2）525m；（3）70s解析：（1）设电梯加速阶段的加速度大小为a，由牛顿第二定律得：FT-mg=ma解得a=1m/s2由v=v0at解得t=15s（2）匀加速阶段位移x1=12at2=121152m=112.5m匀速阶段位移x2=v（50s-2t）=15（50-215）m=300m匀减速阶段位移x3=v22a=112.5m因此观景台的高度x=x1x2x3=525m（3）由题意知，电梯到地面速度刚好为0。自由落体加速度大小a1=g启动辅助牵引装置后加速度大小a2=F-mgm=3mg-mgm=2g 方向向上则vm22a1+vm22a2=x解得vm=1070m/s则tm=vmg=70s即电梯自由下落最长70s时间必须启动辅助牵引装置。29、如图甲所示，质量m2.0 kg的物体静止在水平面上，物体跟水平面间的动摩擦因数0.20。从t0时刻起，物体受到一个水平力F的作用而开始运动，前8 s内F随时间t变化的规律如图乙所示，g取10 m/s2。求：（1）在图丙坐标系中画出物体在前8 s内的vt图像；（2）前8 s内水平力F所做的功。答案：（1）；（2）155 J解析：（1）04 s物体做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律可得Fmgma1代入数据解得a13 m/s2故4s时物体速度为v1a1t112 m/s45 s物体做加速度为a2的匀减速直线运动，根据牛顿第二定律有Fmgma2代入数据，可得a27 m/s25 s时物体速度为v2v1a2t25 m/s，5 s后F撤去，做加速度为a3的匀减速直线运动，设t3时间后速度为零，则有mgma3代入数据，可得a3g2m/s2则有0v2a3t3解得t32.5 s即57.5s内做匀减速直线运动到速度为零。7.58s内物体处于静止状态，综上可得，08s内的vt图像如图所示（2）前8s内水平力F所做的功由vt图像知WF=Fv12t1-Fv1+v22t2=155J30、一小物块从全长为5m、倾角为37的斜面顶端由静止开始沿斜面下滑，其重力势能和动能随下滑距离s的变化如图中直线、所示。（已知sin37=0.6，cos37=0.8，g取10m/s2）求：（1）小物块的质量m和下滑过程中的加速度a；（2）斜面和小物块间的滑动摩擦因数；（3）当小物块的动能与重力势能相等时，沿斜面下滑的时间t。答案：（1）1kg，a大小为2m/s2，方向沿斜面向下；（2）0.5；（3）1.94s解析：（1）由图线I可知，物体滑行5m到斜面底端时势能为零，故零势能面为斜面底端所在水平面。开始下滑时Ep0=mgh0=30J其中h0=Lsin=3m可得m=Ep0gh0=1kg由图线II可知，物块下滑过程中动能从零增大为Ekt=12mvt2=10J解得末速度为vt=2Ektm=20m/s小物块由静止开始匀加速下滑有vt2=2aL可得a=2m/s2，方向沿斜面向下。（2）下滑过程中，物块受力情况为由牛顿运动定律可知mgsin-f=ma其中f=N且N=mgcos可得a=gsin-gcos将a=2m/s2代入得=0.5（3）由图线可知，Ep、Ek与s的函数关系分别为Ep=306sEk=2s联立可得，s=3.75m时小物块的动能与重力势能相等。由s=12at2知下滑时间t=2sa1.94s31、如图所示，A物体放在粗糙水平桌面上，一端用绕过定滑轮的细绳与B物体相连。用手按住A使A、B均静止。A、B两物体质量均为m=1kg，B物体距离地面高度h=2m。现松手释放A，经1s，B落到地面上且未反弹（此时A未与滑轮相碰）。忽略空气阻力、滑轮摩擦力，且绳子质量不计，取重力加速度g=10m/s2，求：（1）物体A与桌面间动摩擦因数；（2）若A与滑轮的距离L=3m，为保证A与滑轮不相碰，B落地瞬间，在A上施加一水平向左的恒力，求这个恒力F的最小值。答案：（1）0.2；（2）6N解析：（1）以物体B为研究对象h=12at2a=4m/s2A与B连接在一条绳子上，则加速度大小相同，绳子对两者弹力大小相同，以物体B为研究对象，由牛顿第二定律可知mg-T=ma以物体A为研究对象，同理有T-Ff=maFf=mg解得=0.2（2）当物体B落地后，A物体将在力作用下做匀减速直线运动直到停止，当物体B落地时，A物体与B物体具有相同的速度大小，由v=v0+atv=4m/s由2ax=v2其中x=L-h得A物体作匀减速运动的加速度大小a=8m/s2由牛顿第二定律F+mg=ma解得F=6N32、如图，两个滑块A和B的质量mAmB2kg，放在静止于水平地面上足够长的木板C的两端，两者与木板间的动摩擦因数均为10.5；木板的质量mC4kg，与地面间的动摩擦因数20.1，某时刻A、B两滑块同时开始相向滑动，初速度大小分别为vA1m/s、vB5m/s，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度大小g10m/s2。（1）求刚开始时滑块A、B和木板C的加速度大小；（2）滑块A与木板C刚好相对静止时，滑块B的速度大小；（3）为确保滑块A、B不相撞，则木板C至少多长？答案：（1）5m/s2，5m/s2，0；（2）4m/s；（3）2.5m解析：（1）对滑块A受力分析得1mAg=mAa1a1=5m/s2对滑块B受力分析得1mBgmBa2a25m/s2对木板C受力分析得：1mAg=1mBg木板与地面间无摩擦，故a3=0（2）设滑块A经时间t1速度减到0，在此过程中，滑块A 0=vA-a1t1滑块B vB1=vB-a2t1解得 vB1=4m/s（3）A从开始到速度减到0的过程中，滑块A向右运动的位移为xA1=At1-12a1t12滑块B向左运动的位移为xB1=Bt1-12a2t1