2022届优质校一模试卷专题汇编3 两类动力学问题的综合应用 解析版

这是一份2022届优质校一模试卷专题汇编3 两类动力学问题的综合应用 解析版，共15页。试卷主要包含了动力学的两类基本问题，超重与失重，数形结合解决动力学图像问题，整体法、隔离法交替运用的原则，动力学中的临界极值问题等内容，欢迎下载使用。
      题  型考查年份关联知识点两类动力学问题的综合应用2021辽宁卷13题传送带模型，运动学公式2021广东卷13题直线运动规律；动量守恒定律2020全国乙卷24题直线运动规律超重与失重2020山东卷1题直线运动图像的规律动力学中的图像问题2021全国乙卷8题板块模型；整体法与隔离法的应用整体法与隔离法在动力学中的应用2020江苏卷5题连接体问题2020海南卷12题板块模型；胡克定律 1．动力学的两类基本问题(1)做好受力分析，分析出物体受到的各个力，判断合力的方向，表示出合力与各力的关系；(2)做好运动过程分析，分析物体的运动性质，判断加速度的方向，并表示出加速度与运动各量的关系；(3)求解加速度是解决问题的关键；(4)力的处理方法一般用合成法或正交分解法。2．超重与失重(1)从受力的角度判断，当物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力时物体处于超重状态，小于重力时处于失重状态，等于零时处于完全失重状态；(2)从加速度的角度判断，当物体具有向上的加速度时处于超重状态，具有向下的加速度时处于失重状态，向下的加速度为重力加速度时处于完全失重状态。3．数形结合解决动力学图像问题(1)在图像问题中，无论是读图还是作图，都应尽量先建立函数关系，进而明确“图像与公式”“图像与物体”间的关系，然后根据函数关系读取图像信息或者描点作图。(2)读图时，要注意图像的起点、斜率、截距、折点以及图像与横坐标轴包围的“面积”等所对应的物理意义，尽可能多地提取解题信息。(3)常见的动力学图像：v－t图像、a－t图像、F－t图像、F－a图像等。4．整体法、隔离法交替运用的原则：若连接体内各物体具有相同的加速度，且要求物体之间的作用力，可以先用整体法求出加速度，然后再用隔离法选取合适的研究对象，应用牛顿第二定律求作用力。即“先整体求加速度，后隔离求内力”。5．“滑块—木板”模型问题中，靠摩擦力带动的那个物体的加速度有最大值：am＝。假设两物体同时由静止一起运动，若整体加速度小于该值，则二者相对静止，二者间是静摩擦力；若整体加速度大于该值，则二者相对滑动，二者间为滑动摩擦力。6．传送带靠摩擦力带动(或阻碍)物体运动，物体速度与传送带速度相同时往往是摩擦力突变(从滑动摩擦力变为无摩擦力或从滑动摩擦力变为静摩擦力)之时。7．动力学中的临界极值问题(1)用极限分析法把题中条件推向极大或极小，找到临界状态，分析临界状态的受力特点，列出方程。(2)将物理过程用数学表达式表示，由数学方法(如二次函数、不等式、三角函数等)求极值。例：(2021∙全国乙卷∙8)水平地面上有一质量为m1的长木板，木板的左明上有一质量为m2的物块，如图甲所示。用水平向右的拉力F作用在物块上，F随时间t的变化关系如图乙所示，其中F1、F2分别为t1、t2时刻F的大小。木板的加速度a1随时间t的变化关系如图丙所示。已知木板与地面间的动摩擦因数为μ1，物块与木板间的动摩擦因数为μ2，假设最大静摩擦力均与相应的滑动摩擦力相等，重力加速度大小为g。则(    )A．F1＝μ1m1gB．C．D．在0～t2时间段物块与木板加速度相等 【方法点拨】涉及动力学图像问题时，要注意图像的起点、斜率、截距、折点等所对应的物理意义；“滑块—木板”模型问题中，注意整体法与隔离法的应用。【解析】图丙可知，t1时滑块木板一起刚在从水平滑动，此时滑块与木板相对静止，木板刚要滑动，此时以整体为对象有F1＝μ1(m1＋m2)g，故A错误；图丙可知，t2滑块与木板刚要发生相对滑动，以整体为对象， 根据牛顿第二定律，有F2－μ1(m1＋m2)g＝(m1＋m2)，以木板为对象，根据牛顿第二定律，有μ2m2g－μ1(m1＋m2)g＝m1a>0，解得，，故BC正确；图丙可知，0～t2这段时间滑块与木板相对静止，所以有相同的加速度，故D正确。【答案】BCD超重与失重1．（2021浙江十校联考）2021年5月15日，我国火星探测器“天问一号”成功着陆火星，着陆前“天问一号”经历了几个减速阶段，其中打开反冲发动机，动力减速阶段情景如图所示，以下关于“天问一号”该阶段的说法正确的是(    )A．研究下降时的姿态，可将它视为质点B．在减速下降的过程中，它的惯性增大C．喷出“燃气”减速下降阶段，处于超重状态D．反冲发动机对“燃气”的作用力可能小于“燃气”对反冲发动机的作用力2．（2021绍兴诊断）奥运会男子67公斤级举重比赛中，我国选手谌利军突破个人极限，最终获得金牌。如图所示是其抓举过程中杠铃竖直向上运动的v－t图像结合图像分析，下列说法正确的是(    )A．杠铃加速过程，惯性增大B．杠铃在上升过程中始终处于超重状态C．杠铃加速过程，其所受合外力先增大后减小D．杠铃所受重力与人对杠铃的支持力是一对作用力与反作用力3．（2021济宁调研）如图所示，套在竖直细杆上的环A由跨过定滑轮且不可伸长的轻绳与B相连，在外力作用下A沿杆以速度vA匀速上升经过P、Q两点，经过P点时绳与竖直杆间的夹角为α，经过Q点时A与定滑轮的连线处于同一水平面，则下列说法正确的是(    )A．经过Q点时，B的速度方向向下B．经过P点时，B的速度大小等于vAcos αC．当A从P至Q的过程中，B处于失重状态D．当A从P至Q的过程中，B处于超重状态两类动力学问题的综合应用4．（2021抚赣联考）某同学利用图甲所示装置研究摩擦力的变化情况。实验台上固定一个力传感器，力传感器用棉线拉住物块，物块放置在粗糙的长木板上。水平向左拉木板，力传感器记录的F－t如图乙所示。下列说法正确的是(    )A．实验中必须让木板保持匀速运动B．0～2.5 s物块受静摩擦力作用，2.5～4.0 s物块受滑动摩擦力作用C．最大静摩擦力与滑动摩擦力之比约为7∶6D．只用图乙中数据可得出物块与木板间的动摩擦因数5．（2021绵阳一诊）一轻弹簧左端固定在粗糙平直轨道上，右端被一物块压缩；解除压缩，光电门传感器测得物块离开弹簧时速度为3 m/s，此后物块运动0.6 s停在轨道上，离开弹簧后物块通过的这段轨道长度是L，然后，在这段轨道的后部分洒上水，在同样初始条件下解除弹簧压缩，测得物块通过这段轨道总共用时0.45 s。不计空气阻力，g取10 m/s2。则洒水后(    )A．物块与轨道间的动摩擦因数比洒水前小0.18B．物块与轨道间的动摩擦因数比洒水前小约0.167C．物块离开这段轨道时速度是1 m/sD．物块离开这段轨道时的机械能是离开弹簧时的16%6．（2021八省联考重庆卷）如图所示，倾角为θ的斜面MN段粗糙，其余段光滑，PM、MN长度均为3d。四个质量均为m的相同样品1、2、3、4放在斜面上，每个样品（可视为质点）左侧固定有长度为d的轻质细杆，细杆与斜面平行，且与其左侧的样品接触但不粘连，样品与MN间的动摩擦因数为tan θ。若样品1在P处时，四个样品由静止一起释放，则（重力加速度大小为g）(    )A．当样品1刚进入MN段时，样品的共同加速度大小为gsin θB．当样品1刚进入MN段时，样品1的轻杆受到压力大小为3mgsin θC．当四个样品均位于MN段时，摩擦力做的总功为9dmgsin θD．当四个样品均位于MN段时，样品的共同速度大小为7．（2021太原模拟）爬墙车主要是靠真空负压原理吸附在墙壁上行走。某遥控爬墙车在竖直墙面上从O点由静止开始沿竖直方向向上运动，先匀加速0.2 s前进0.1 m时到达A点，之后保持速度不变，继续行驶2 s到达B点。为了防止撞到房顶，立即遥控使其车轮停止转动开始做匀减速运动，到达C点时恰好停止。已知爬墙车与墙壁间的弹力恒为重力的3倍，爬墙车与墙面间的动摩擦因数μ＝0.5，不计空气阻力，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取g＝10 m/s2，求：(1)爬墙车到达A点时的速度vA；(2)爬墙车从O到C爬行的总高度。     动力学中的图像问题8．（2021玉溪质检）如图甲所示，足够长的斜面倾角为θ，一质量为m的物块，从斜面上的某位置由静止开始下滑。斜面与物块间的动摩擦因数μ随物块位移x的变化规律如图乙所示，物块的加速度随位移变化规律如图丙所示，取沿斜面向下为x轴正方向，下列说法正确的是(    )A．图乙中x0处对应的纵坐标为μ＝tan θB．物块的最大速度为C．物块运动过程中一直处于失重状态D．物块从开始运动至最低点的过程中损失的机械能为mgx0sin θ9．（2021苏州调研）如图甲所示，质量m＝0.2kg弹性小球从地面上方某一高度由静止开始下落，弹起后上升到某一高度，小球与地面碰撞的时间忽略不计，规定竖直向下为正方向，此过程的v－t图像如图乙所示，空气对小球的阻力大小恒为重力的0.5倍，下降的时间是上升时间的4倍，下降与上升的整个过程的平均速度为13 m/s，重力加速度g取10 m/s2，地面对小球的弹力远大于重力，下列说法正确的是(    )A．小球上升过程的运动时间4 sB．地面对小球冲量－14 N·sC．小球落地时的速度－40 m/sD．小球离地时的速度30 m/s10．（2021德州一模）如图甲所示，一质量为m的物体静止在水平面上，自t＝0时刻起对其施加一竖直向上的力F，力F随时间t变化的关系如图乙所示，已知当地重力加速度为g，在物体上升过程中，空气阻力不计，以下说法正确的是(    )A．物体做匀变速直线运动B．时刻物体速度最大C．物体上升过程的最大速度为gt0D．t0时刻物体到达最高点11．如图甲所示为一转动的传送带，传送带以恒定的速率v沿逆时针方向转动。在传送带的左侧边缘的B点有一滑块，若让滑块以初速度v1＝3 m/s冲上传送带，滑块运动的v－t图像如图乙中a所示。若让滑块以初速度v2＝6 m/s冲上传送带，滑块运动的v－t图像如图乙中b所示，重力加速度g＝10 m/s2。(1)求传送带A、B间的水平距离L和滑块与传送带间的动摩擦因数μ；(2)滑块以v1＝3 m/s的速度冲上传送带时，求滑块从冲上B点到返回B点的时间；(3)滑块以v1＝3 m/s的速度冲上传送带时，求滑块从冲上B点到返回B点传送带上的滑痕。      整体法与隔离法在动力学中的应用12．（2021八省联考湖南卷）如图，三个质量均为1 kg的物体A、B、C叠放在水平桌面上，B、C用不可伸长的轻绳跨过一光滑轻质定滑轮连接，A与B之间、B与C之间的接触面以及轻绳均与桌面平行，A与B之间、B与C之间以及C与桌面之间的动摩擦因数分别为0.4、0.2和0.1，重力加速度g取10 m/s2，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。用力F沿水平方向拉物体C，以下说法正确的是(    )A．拉力F小于11 N时，不能拉动CB．拉力F为17 N时，轻绳的拉力为4 NC．要使A、B保持相对静止，拉力F不能超过23 ND．A的加速度将随拉力F的增大而增大13．（2021中原名校联考）如图甲所示，两静置在水平面上的物块用一轻细绳相连，绳恰好水平伸直。现在对物块1水平向左施加一大小随时间均匀增大的变力F＝kt，经过一段时间后，细绳断裂，物块2最终停止运动。物块2全程的加速度随时间变化的图像如图乙所示。已知物块1的质量为2m，物块2的质量为m，重力加速度为g，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。则(    )A．物块1与水平面间的动摩擦因数为B．物块2与水平面间的动摩擦因数为C．细绳能承受的最大张力为0.5kt0D．细绳能承受的最大张力为kt014．（2021八省联考湖北卷）如图(a)，在光滑水平面上放置一木板A，在A上放置物块B，A和B的质量均为m＝1 kg。A与B之间的动摩擦因数μ＝0.2，t＝0时刻起，对A施加沿水平方向的力，A和B由静止开始运动。取水平向右为正方向，B相对于A的速度用vBA＝vB－vA表示，其中vA和vB分别为A和B相对水平面的速度。在0～2 s时间内，对速度vBA随时间t变化的关系如图(b)所示。运动过程中B始终未脱离A，重力加速度取g＝10 m/s2。求： (1)0～2 s时间内，B相对水平面的位移；(2)t＝2 s时刻，A相对水平面的速度。   
  1．【答案】C【解析】研究下降时的姿态，不能忽略其形状和体积，所以不能将它视为质点，故A错误根据惯性定律可知，质量是衡量惯性的唯一标准，所以在减速下降的过程中，它的惯性不变，故B错误；喷出“燃气”减速下降阶段，其加速度竖直向上处于超重状态，故C正确；根据牛顿第三定律，可知反冲发动机对“燃气”的作用力等于“燃气”对反冲发动机的作用力，故D错误。2．【答案】C【解析】质量是惯性大小的唯一量度，与运动状态无关，A错误；杠铃在加速上升过程中处于超重状态，在减速上升的过程中处于失重状态，B错误；在v－t图像中，斜率表示加速度，杠铃加速上升的过程，加速度先增大后减小，因此其所受合外力先增大后减小，C正确；杠铃对人的压力与人对杠铃的支持力是一对作用力与反作用力，D错误。3．【答案】BD【解析】对于环A经过P点时，它的速度如图中标出的vA，这个速度看成是A的合速度，其分速度分别是v1、v2，因同一根绳上的速度大小相等，则v1＝vB，刚开始时B的速度为vB＝vAcos α，当A环经过Q点时，细绳处于水平位置左侧绳长最短，绳的速度等于零，即v1＝0，所以B的速度vB＝0，故A错误，B正确；因A匀速上升时，由公式vB＝vAcos α，当A上升时，夹角α增大，cos α减小，则vB减小，因此B向下做减速运动，由牛顿第二定律，可知B的加速度向上，绳对B的拉力大于B的重力，B处于超重状态，故C错误，D正确。4．【答案】BC【解析】为了能研究摩擦力随时间的变化曲线，故物块一直要处于静止状态，则向左的摩擦力一直与向右轻绳的拉力平衡，图乙是向右轻绳的拉力随时间变化曲线，故图乙也可以反映摩擦力随时间变化的曲线，由图可乙知向右轻绳的拉力先增大后减小，最后趋于不变，故物块在0～2.5 s受静摩擦力作用，2.5～4.0 s受滑动摩擦力作用，所以不需要让木板保持匀速运动，故A正确，B错误；由图可知，最大静摩擦力约为3.5 N，滑动摩擦力约为3.0 N，故最大静摩擦力与滑动摩擦力之比约为7∶6，故C正确；根据，，可知，由于不知道物块的重力，故无法求物块与木板间的动摩擦因数，故D错误。5．【答案】AD【解析】设洒水后物块与轨道间的动摩擦因数比洒水前小Δμ，洒水前，物块加速度大小，根据牛顿第二定律，得，根据速度位移关系有，得，洒水后，在这段轨道的前部分，有，，解得（另一解不符题意，舍去），，在这段轨道的后部分，根据牛顿第二定律，用时，根据运动学规律，解得，，故A正确，B错误；物块离开这段轨道时速度，故C错误；物块离开这段轨道时的机械能与离开弹簧时的机械能比值为，故D正确。6．【答案】AD【解析】当样品1刚进入MN段时，以四个样品整体为对象，根据牛顿第二定律得，解得样品的共同加速度大小，以样品1为对象，根据牛顿第二定律得，解得样品1的轻杆受到压力大小，故A正确，B错误；当四个样品均位于MN段时，摩擦力对样品1做功，摩擦力对样品2做功，摩擦力对样品3做功，此时样品4刚进入MN段摩擦力对样品4不做功，所以当四个样品均位于MN段时，摩擦力做的总功，故C错误；样品1进入MN段之前，根据牛顿第二定律可知，整体的加速度，样品2进入MN段之前，根据牛顿第二定律可知，整体的加速度，样品3进入MN段之前，根据牛顿第二定律可知，整体的加速度，样品4进入MN段之前，根据牛顿第二定律可知，整体的加速度，由速度位移关第可知样品1刚进入MN段时的速度，样品2刚进入MN段时的速度，样品3刚进入MN段时的速度，样品4刚进入MN段时的速度，综合上面分析可知，当四个样品均位于MN段时，样品的共同速度大小，故D正确。7．【解析】(1)根据匀变速直线运动规律有解得，。(2)车匀速时的位移大小车减速时，根据牛顿第二定律：解得匀减速过程位移大小故爬墙车从O到C爬行的总高度。8．【答案】AB【解析】由图丙可知，在x0处的加速度为0，则由，可得图乙中x0处对应的纵坐标为，A正确；开始下滑时的加速度，根据，结合图像丙可知物块的最大速度，B正确；物块运动过程中加速度先向下后向上，可知先失重后超重，C错误；物块从开始运动至最低点的过程中损失的机械能，D错误。9．【答案】B【解析】小球下降过程加速度，根据牛顿第二定律，球上升过程加速度，根据牛顿第二定律，全程的平均速度，解得，故小球上升过程的运动时间，小球落地时的速度和小球离地时的速度分别为，故ACD错误；小球与地面作用过程，根据动量定理，故B正确。10．【答案】BD【解析】由图可得力F与时间的关系为，则可得物体的合外力与时间的关系为，由牛顿第二定律可得加速度与时间的关系式，则可知物体先向上做加速度减小的加速运动，再做加速度增大的减速运动，然后再向下做加速度增大的加速运动，在上升过程中，当加速度为零时，速度最大，即，可得，故A错误，B正确；由初速度大小为零，所以末速度大小等于速度的变化大小，由前面的分析可知，加速度与时间成线性关系，所以最大速度大小，故C错误；由前面的分析可知在t＝t0时，加速度a＝－g，根据运动的对称性规律可知，此时间速度减小为0，物体运动到最高点，故D正确。11．【解析】(1)由v－t图象中图线b可知，滑块以初速度6 m/s冲上传送带时，在时刻到达A点，故传送带的长度为根据图线b，可求得滑块的加速度滑块由牛顿第二定律可得解得：滑块与传送带间的动摩擦因数。(2)滑块从冲上B点到滑回B点时，前后两段时间的位移大小相等，方向相反。根据图线a可知，滑块在0~6s和6~ts两段时间的位移大小相等，方向相反，由图像围成的面积表示位移，可得解得滑块回到B点的时间。(3)由(2)问可知，滑块滑回B点时间为12.5 s，由图线a可知，在10s时，滑块开始匀速运动，即与传送带达到共速，所以可知传送带速度大小为由图像围成的面积可得0~6s这段时间内，滑块向右滑行的距离传送带向左运动的距离则该段时间内滑痕在6~10s这段时间内，由图像围成的面积可得滑块向左运动的距离传送带向左运动的距离则该段时间内，滑痕长度所以，滑块从冲上B点到返回B点传送带上的滑痕长度。12．【答案】AC【解析】当C物体即将运动时，C物体水平方向桌面给C的向右的摩擦力，绳子向右的拉力T，B给C向右的摩擦力，其中，，当即将滑动时应有，解得，故A正确；因此B和C的加速度大小相等，在A和B即将发生相对滑动，对A受力分析可得，对AB整体受力分析可得，对C物体受力分析可得，联立解得，说明A和B发生相对滑动的临界力大小为，故C正确；当时，没有发生相对滑动，此时对AB整体，对C物体受力分析，联立解得，故B错误；当拉力增大，A和B发生相对滑动时，则A物体受到滑动摩擦力，加速度，加速度不变，D错误。13．【答案】BC【解析】由图，在内有，解得，时有，时有，联立得，，故B正确，A错误；时细绳断开，绳断前瞬间绳上的张力T满足，解得，故C正确，D错误。14．【解析】(1)由图(b)可知，在0～2s内，B与A存在相对速度，故可知此时B受到A给其的滑动摩擦力，B的加速度大小为在0～1.5s内，vBA小于0，此时B相对于水平面做匀加速运动，在1.5～2s内，vBA大于0，此时B相对于水平面做匀减速运动，可得在0～1.5s内，B的位移为在0～1.5s内，B的位移为0～2s时间内，B相对水平面的位移。(2)由图(b)可知，在0－1s内可知则在1s末，A物体的速度为在1～1.5s内，可得可得此时A物体的加速度为则在1.5s末，A物体的速度为随后两物体达到共同速度后，在1.5～2s内可得则A物体在t＝2s时刻，相对与水平面的速度。