2021年高考物理精品试题专题6 牛顿定律及其应用（A）

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2021年高考物理精品试题专题6 牛顿定律及其应用（A）一、选择题一物体放置在倾角为 θ 的斜面上，斜面固定于加速上升的电梯中，加速度为 a，如图所示．在物体始终相对于斜面静止的条件下，下列说法中正确的是 A．当 θ 一定时，a 越大，斜面对物体的正压力越小 B．当 θ 一定时，a 越大，斜面对物体的摩擦力越大 C．当 a 一定时，θ 越大，斜面对物体的正压力越大 D．当 a 一定时，θ 越大，斜面对物体的摩擦力越小为了让乘客乘车更为舒适，某探究小组设计了一种新的交通工具，乘客的座椅能随着坡度的变化而自动调整，使座椅始终保持水平，如图所示。当此车加速上坡时，盘腿坐在座椅上的一位乘客 A．处于失重状态 B．不受摩擦力的作用 C．受到向前（水平向右）的摩擦力作用 D．所受力的合力竖直向上如图所示，三根抗拉能力相同的轻细绳 1 、 2 、 3 将一重物悬挂在水平天花板上，P 、 Q 两点为绳子与天花板的结点，绳子 1 、 2 与天花板的夹角分别为 60∘ 和 30∘，其拉力大小分别为 F1 、 F2，重物重力为 G。下列说法正确的是 A．绳子 2 的拉力 F2=3F1 B．绳子 2 的拉力 F2=2G C．若逐渐增大重物重力，绳子 3 先断 D．若缓慢增大 P 、 Q 两点间距，F1 、 F2 的合力增大如图甲所示，水平木板上有质量 m=1.0 kg 的物块，受到随时间 t 变化的水平拉力 F 作用，用力传感器测出相应时刻物块所受摩擦力 Ff 的大小如图乙所示，取重力加速度 g=10 m/s2，下列判断正确的是 A． 5 s 内拉力对物块做功为零 B． 4 s 末物块所受合力大小为 4.0 N C．物块与木板之间的动摩擦因数为 0.4 D． 6 s∼9 s 内物块的加速度大小为 2.0 m/s2 二、双选题如图所示，物体 A 置于粗糙的倾角为 θ 的固定斜面上，用水平力 F 推物体 A，物体保持静止，当 F 稍减小时，物体 A 仍然保持静止，则 A．物体所受的合力减小 B．斜面对物体的支持力减小 C．物体所受摩擦力一定减小 D．物体所受合力不变如图甲所示，一质量为 m 的物体置于水平地面上，所受水平拉力 F 在 2 s 时间内的变化图象如图乙所示，其运动的 v−t 图象如图丙所示，g=10 m/s2，则下列说法正确的是 A． 2 s 末物体回到出发点 B． 2 s 内物体的加速度不变 C．物体与地面之间的动摩擦因数为 0.1 D．水平拉力 F 的最大功率为 10 W 在机场和火车站可以看到对行李进行安全检查用的水平传送带如图所示，当旅客把行李放在正在匀速运动的传送带上后，传送带和行李之间的滑动摩擦力使行李开始运动，随后它们保持相对静止，行李随传送带一起匀速通过检测仪器接受检查，设某机场的传送带匀速前进的速度为 0.4 m/s，某行李箱的质量为 5 kg，行李箱与传送带之间的动摩擦因数为 0.2，当旅客把这个行李箱小心地放在传送带上，通过安全检查的过程中，g 取 10 m/s2，则 A．开始时行李的加速度为 2 m/s2 B．行李到达 B 点时间为 2 s C．传送带对行李做的功为 0.4 J D．传送带上将留下一段摩擦痕迹，该痕迹的长度是 0.03 m 三、填空题如图所示，质量分别为 2m 和 m 的 A 、 B 两物体用不可伸长的轻绳绕轻质定滑轮相连，开始时两物体处于同一高度，绳处于绷紧状态，轻绳足够长，不计一切摩擦。现将两物体由静止释放，在 A 落地之前的运动过程中，绳子的拉力大小为 ，若下落时间为 t，A 的机械能减少了 。四、解答题某快递公司分拣邮件的水平传输装置示意如图。皮带在电动机的带动下保持 v=2 m/s 的恒定速度向右运动。现将一质量为 m=5 kg 的邮件轻放在皮带上。邮件和皮带间的动摩擦因数 μ=0.4。设皮带足够长。取 g=10 m/s2，在邮件与皮带发生相对滑动的过程中，求：(1) 邮件滑动的时间 t。(2) 邮件对地的位移大小 x。(3) 邮件与皮带间的摩擦力对皮带做的功 W。质量为 m=2 kg 的小物块静止于水平地面上的 A 点，现用水平恒力 F 拉动物块一段水平位移 x1=8 m 后撤去，物块继续滑动一段位移停在 B 点，A 、 B 两点相距 x=10 m，物块与地面间的动摩擦因数 μ=0.2，g 取 10 m/s2，求：(1) 水平恒力 F 的大小；(2) 水平恒力 F 的作用时间 t。五、选择题如图所示，光滑的水平面上静置质量为 M=8 kg 的平板小车，在小车左端加一个由零逐渐增大的水平推力 F，一个大小不计、质量为 m=2 kg 的小物块放在小车右端，小物块与小车间的动摩擦因数 μ=0.2，小车足够长。重力加速度 g 取 10 m/s2，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，下列说法中正确的是 A．当 F 增加到 4 N 时，m 相对 M 开始运动 B．当 F=10 N 时，M 对 m 有向右的 2 N 的摩擦力 C．当 F=15 N 时，m 对 M 有向左的 4 N 的摩擦力 D．当 F=30 N 时，M 对 m 有向右的 6 N 的摩擦力“蹦极”是一项刺激的体育运动。某人身系弹性绳自高空 P 点自由下落，图中 a 点是弹性绳的原长位置，c 是人所到达的最低点，b 是人静止悬吊着时的平衡位置，人在从 P 点下落到最低点 c 点的过程中 A．在 a 点时人的速度最大 B．在 ab 段绳的拉力小于人的重力，人处于失重状态 C．在 ab 段人做减速运动 D．在 c 点，人的速度为零，处于平衡状态六、双选题如图甲所示，轻弹簧竖直放置，下端固定在水平地面上，一质量为 m 的小球，从离弹簧上端高 ℎ 处由静止释放。研究小球落到弹簧上后继续向下运动到最低点的过程，以小球开始下落的位置为原点，沿竖直向下方向建立坐标轴 Ox，做出小球所受弹力 F 的大小随小球下落的位置坐标 x 变化的关系，如图乙所示，不计空气阻力，重力加速度为 g。以下说法正确的是 A．小球落到弹簧上向下运动到最低点的过程中，速度始终减小 B．小球落到弹簧上向下运动到最低点的过程中，加速度先减小后增大 C．当 x=ℎ+2x0 时，小球的动能为零 D．小球动能的最大值为 mgℎ+mgx02 七、解答题在某次的接力比赛项目中，项目组规划的路线如图所示，半径 R=20 m 的四分之一圆弧 PQ 赛道与两条直线赛道分别相切于 P 和 Q 点，圆弧 PQ 为接力区，规定离开接力区的接力无效。甲、乙两运动员在赛道上沿箭头方向训练交接棒的过程中发现：甲经短距离加速后能保持 9 m/s 的速率跑完全程，乙从起跑后的切向加速度大小是恒定的。为了确定乙起跑的时机，需在接力区前适当的位置设置标记。在某次练习中，甲在接力区前 s0=13.5 m 的 A 处作了标记，并以 v=9 m/s 的速度跑到此标记时向乙发出起跑口令，乙在接力区的 P 点听到口令时起跑，并恰好在速度达到与甲相等时被甲追上，完成交接棒。假设运动员与赛道间的动摩擦因数为 0.5，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，运动员（可视为质点）在直道上做直线运动，在弯道上做圆周运动，重力加速度 g=10 m/s2，π=3.14，求：(1) 为确保在弯道上能做圆周运动，允许运动员通过弯道 PQ 的最大速率；(2) 此次练习中乙在接棒前的切向加速度 a。八、双选题如图，质量为 0.6 kg 的物体在水平面上运动的 v−t 图象，则图中的两条斜线分别是物体受水平拉力和不受水平拉力的 v−t 图象，则下列说法正确的是 A．斜线①一定是物体受水平拉力时的图象 B．斜线②一定是物体不受水平拉力时的图象 C．水平拉力一定等于 0.2 N D．物体所受的摩擦力可能等于 0.2 N 答案一、选择题1. 【答案】B2. 【答案】C3. 【答案】C【解析】AB.对 O 点受力分析，如图所示，根据平衡条件，有：F1:F2:F3=3:1:2，其中：F3=G，故 F1=233G，F2=G2；故A错误，B错误；C.由于 F1:F2:F3=3:1:2，而 F3=G，故增加重力 G 后，三个拉力 F1 、 F2 、 F3 均增加，由于 F3>F1>F2，故绳子 3 先断，故C正确；D.若缓慢增大 P 、 Q 两点间距，点 O 保持平衡，根据平衡条件，三个力的合力为零，而 F1 、 F2 的合力与 F3 平衡，又因为 F3=G，故 F1 、 F2 的合力不变，故D错误。4. 【答案】D【解析】由图象知物块前 4 s 静止，4 s∼5 s 内物块做加速运动，前 5 s 内拉力对物块做功不为零，故A选项错误； 4 s 末物块静止，所受合力为零，B选项错误；由 4 s 之后的运动情况判断其受滑动摩擦力 Ff=μmg=3 N，得 μ=0.3，C选项错误；由牛顿第二定律可知 4 s 后物块的加速度 a=F−Ffm=2 m/s2，D选项正确。二、双选题5. 【答案】B；D6. 【答案】C；D7. 【答案】A；C【解析】行李开始运动时由牛顿第二定律有：μmg=ma，所以 a=2 m/s2，故选A；由于传送带的长度未知，故时间不可求，故不选 B；行李最后和传送带一起匀速运动，所以传送带对行李做的功为 W=12mv2=0.4 J，选 C；在传送带上留下的痕迹长度为 s=vt−vt2=vt2=0.04 m，不选 D。三、填空题8. 【答案】 43mg；29mg2t2 四、解答题9. 【答案】(1) 0.5 s (2) 0.5 m (3) −20 J 【解析】(1) 设邮件放到皮带上与皮带发生相对滑动过程中受到的滑动摩擦力为 F，则：F=μmg ⋯⋯① 取向右为正方向，对邮件应用动量定理得，IF=Ft=mv−0 ⋯⋯② 由①②式并代入数据得，t=0.5 s ⋯⋯③。(2) 邮件与皮带发生相对滑动的过程中，对邮件应用动能定理，有：Fx=12mv2−0 ⋯⋯④ 由①④式并代入数据得，x=0.5 m ⋯⋯⑤。(3) 邮件与皮带发生相对滑动的过程中，设皮带相对地面的位移为 s，则：s=vt ⋯⋯⑥ 摩擦力对皮带做的功 W=−Fs ⋯⋯⑦ 由①③⑥⑦式并代入数据得，W=−20 J。10. 【答案】(1) 5 N (2) 42 s 【解析】(1) 取小物块为研究对象，对全过程，根据动能定理，有： Fx1−fx=0，其中：f=μmg，联立解得：F=5 N。(2) F 作用的过程物块做匀加速运动，加速度为 a=F−μmgm=5−0.2×2×102 m/s2=0.5 m/s2，由 x1=12at2 得 t=42 s。五、选择题11. 【答案】B【解析】对 m 其最大摩擦力 f 提供最大加速度 ma=μmg，a=μg=2 m/s2，对整体 F=(m+m)a=20 N，若要 m 相对于 M 运动，则推力满足 F>20 N，A错误；当 F=30 N，对 ma=2 m/s2，f=ma=4 N，则D错误；当 F=15 N，m 相对于 M 静止，则 f0，故 Ek>0，C错误，在 mg=F 时，即 ℎ+x0 时 a=0 速度最大，即动能最大；由动能定理 Ekm=mg(ℎ+x0)−mgx02=mgℎ+mgx02，D正确。七、解答题14. 【答案】(1) 10 m/s (2) 3 m/s2 【解析】(1) 因为运动员弯道上做圆周运动，摩擦力提供向心力，由牛顿第二定律有 μmg=mv2R，解得 v=μmg=10 m/s。(2) 设经过时间 t，甲追上乙，甲的路程为 x1=vt，乙的路程为 x2=v2t，由路程关系有 vt=v2t+13.5，将 v=9 m/s 代入得 t=3 s，此时 vt=27 m