十年(14-23)高考物理真题分项汇编专题10 牛顿运动定律的图像（含解析）

这是一份十年(14-23)高考物理真题分项汇编专题10 牛顿运动定律的图像（含解析），共21页。试卷主要包含了多选题，单选题，解答题等内容，欢迎下载使用。
1．（2023·全国）用水平拉力使质量分别为 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 的甲、乙两物体在水平桌面上由静止开始沿直线运动，两物体与桌面间的动摩擦因数分别为 SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 。甲、乙两物体运动后，所受拉力F与其加速度a的关系图线如图所示。由图可知（ ）

A． SKIPIF 1 < 0 B． SKIPIF 1 < 0 C． SKIPIF 1 < 0 D． SKIPIF 1 < 0
【答案】BC
【解析】根据牛顿第二定律有
F－μmg=ma
整理后有
F=ma＋μmg
则可知F—a图像的斜率为m，纵截距为μmg，则由题图可看出
m甲>m乙，μ甲m甲g=μ乙m乙g
则
μ甲mgB．t1~t2时间内，v减小，FNF3D．F1=F3
【答案】A
【解析】由v–t图象可知，0~5 s内加速度a1="0.2" m/s2，沿斜面向下，根据牛顿第二定律有mgsin θ–f–F1=ma1，F1="mgsin" θ–f–0.2m；5~10 s内加速度a2=0，根据牛顿第二定律有mgsin θ–f–F2=ma2，F2="mgsin" θ–f；10~15 s内加速度a3="–0.2" m/s2，沿斜面向上，根据牛顿第二定律有mgsin θ–f–F3=ma3，F3="mgsin" θ–f+0.2m．故可得：F3>F2>F1，选项A正确．
【考点定位】 SKIPIF 1 < 0 图像，牛顿第二定律
【名师点睛】本题考查了牛顿第二定律和运动学公式的基本运用，知道加速度是联系力学和运动学的桥梁，基础题．
15．（2015·重庆）若货物随升降机运动的 SKIPIF 1 < 0 图像如图所示（竖直向上为正），则货物受到升降机的支持力 SKIPIF 1 < 0 与时间 SKIPIF 1 < 0 关系的图像可能是（ ）
A．B．
C．D．
【答案】B
【解析】由 SKIPIF 1 < 0 图知：过程①为向下匀加速直线运动（加速度向下，失重， SKIPIF 1 < 0 ）；
过程②为向下匀速直线（平衡， SKIPIF 1 < 0 ）；
过程③为向下匀减速直线运动（加速度向上，超重， SKIPIF 1 < 0 ）；
过程④为向上匀加速直线运动（加速度向上，超重， SKIPIF 1 < 0 ）；
过程⑤为向上匀速直线运动（平衡， SKIPIF 1 < 0 ）；
过程⑥为向上匀减速直线运动（加速度向下，失重， SKIPIF 1 < 0 ）；综合各个过程，可知B正确，ACD错误。
故选B。
16．（2023·浙江）如图所示，在考虑空气阻力的情况下，一小石子从O点抛出沿轨迹 SKIPIF 1 < 0 运动，其中P是最高点。若空气阻力大小与瞬时速度大小成正比，则小石子竖直方向分运动的加速度大小（ ）
A．O点最大B．P点最大
C．Q点最大D．整个运动过程保持不变
【答案】A
【解析】由于空气阻力大小与瞬时速度大小成正比，小石子在O点时速度斜向上方，此时速度最大，空气阻力斜向下方最大，上升过程与竖直方向夹角最小，故此时空气阻力分解在竖直方向最大，根据牛顿第二定律可知此时竖直方向分运动的加速度最大。
故选A。
17．（2022·广东）图是滑雪道的示意图。可视为质点的运动员从斜坡上的M点由静止自由滑下，经过水平NP段后飞入空中，在Q点落地。不计运动员经过N点的机械能损失，不计摩擦力和空气阻力。下列能表示该过程运动员速度大小v或加速度大小a随时间t变化的图像是（ ）
A．B．
C．D．
【答案】C
【解析】设斜坡倾角为 SKIPIF 1 < 0 ，运动员在斜坡MN段做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律
SKIPIF 1 < 0
可得
SKIPIF 1 < 0
运动员在水平 SKIPIF 1 < 0 段做匀速直线运动，加速度
SKIPIF 1 < 0
运动员从 SKIPIF 1 < 0 点飞出后做平抛运动，加速度为重力加速度
SKIPIF 1 < 0
设在 SKIPIF 1 < 0 点的速度为 SKIPIF 1 < 0 ，则从 SKIPIF 1 < 0 点飞出后速度大小的表达式为
SKIPIF 1 < 0
由分析可知从 SKIPIF 1 < 0 点飞出后速度大小与时间的图像不可能为直线，且
SKIPIF 1 < 0
C正确，ABD错误。
故选C。
三、解答题
18．（2020·浙江）如图1所示，有一质量 SKIPIF 1 < 0 的物件在电机的牵引下从地面竖直向上经加速、匀速、匀减速至指定位置。当加速运动到总位移的 SKIPIF 1 < 0 时开始计时，测得电机的牵引力随时间变化的 SKIPIF 1 < 0 图线如图2所示， SKIPIF 1 < 0 末速度减为0时恰好到达指定位置。若不计绳索的质量和空气阻力，求物件：
(1)做匀减速运动的加速度大小和方向；
(2)匀速运动的速度大小；
(3)总位移的大小。
【答案】(1) SKIPIF 1 < 0 ，竖直向下；(2)1m/s；(3)40m
【解析】(1)由图2可知0~26s内物体匀速运动，26s~34s物体减速运动，在减速运动过程根据牛顿第二定律有
SKIPIF 1 < 0
根据图2得此时FT=1975N，则有
SKIPIF 1 < 0
方向竖直向下。
(2)结合图2根据运动学公式有
SKIPIF 1 < 0
(3)根据图像可知匀速上升的位移
SKIPIF 1 < 0
匀减速上升的位移
SKIPIF 1 < 0
匀加速上升的位移为总位移的 SKIPIF 1 < 0 ，则匀速上升和减速上升的位移为总位移的 SKIPIF 1 < 0 ，则有
SKIPIF 1 < 0
所以总位移为
h=40m
19．（2015·全国）一长木板置于粗糙水平地面上，木板左端放置一小物块，在木板右方有一墙壁，木板右端与墙壁的距离为4.5m，如图（a）所示。 SKIPIF 1 < 0 时刻开始，小物块与木板一起以共同速度向右运动，直至t=1s时木板与墙壁碰撞（碰撞时间极短）。碰撞前后木板速度大小不变，方向相反；运动过程中小物块始终未离开木板。已知碰撞后1s时间内小物块的 SKIPIF 1 < 0 图线如图（b）所示。木板的质量是小物块质量的15倍，重力加速度大小g取10m/s2。求：
（1）木板与地面间的动摩擦因数 SKIPIF 1 < 0 及小物块与木板间的动摩擦因数 SKIPIF 1 < 0 ；
（2）木板的最小长度；
（3）木板右端离墙壁的最终距离。
【答案】（1） SKIPIF 1 < 0 ， SKIPIF 1 < 0 ；（2） SKIPIF 1 < 0 ；（3） SKIPIF 1 < 0
【解析】（1）根据图像可以判定碰撞前木块与木板共同速度为
SKIPIF 1 < 0
碰撞后木板速度水平向左，大小也是
SKIPIF 1 < 0
木块受到滑动摩擦力而向右做匀减速，根据牛顿第二定律有
SKIPIF 1 < 0
解得
SKIPIF 1 < 0
木板与墙壁碰撞前，匀减速运动时间t=1s，位移 SKIPIF 1 < 0 ，末速度 SKIPIF 1 < 0 ，其逆运动则为匀加速直线运动可得
SKIPIF 1 < 0
解得
SKIPIF 1 < 0
木块和木板整体受力分析，滑动摩擦力提供合外力，即
SKIPIF 1 < 0
可得
SKIPIF 1 < 0
（2）碰撞后，木板向左匀减速，依据牛顿第二定律有
SKIPIF 1 < 0
可得
SKIPIF 1 < 0
对滑块，则有加速度
SKIPIF 1 < 0
滑块速度先减小到0，此时碰后时间为
SKIPIF 1 < 0
此时，木板向左的位移为
SKIPIF 1 < 0
末速度
SKIPIF 1 < 0
滑块向右位移
SKIPIF 1 < 0
此后，木块开始向左加速，加速度仍为
SKIPIF 1 < 0
木块继续减速，加速度仍为
SKIPIF 1 < 0
假设又经历 SKIPIF 1 < 0 二者速度相等，则有
SKIPIF 1 < 0
解得
SKIPIF 1 < 0
此过程，木板位移
SKIPIF 1 < 0
末速度
SKIPIF 1 < 0
滑块位移
SKIPIF 1 < 0
此后木块和木板一起匀减速，二者的相对位移最大为
SKIPIF 1 < 0
滑块始终没有离开木板，所以木板最小的长度为6m
（3）最后阶段滑块和木板一起匀减速直到停止，整体加速度
SKIPIF 1 < 0
位移
SKIPIF 1 < 0
所以木板右端离墙壁最远的距离为
SKIPIF 1 < 0
20．（2014·全国）奥地利极限运动员菲利克斯·鲍姆加特纳乘气球升至约39km的高空后跳下，经过4分20秒到达距地面约1.5km的高度处，打开降落伞并成功落地，打破了跳伞运动的多项世界纪录．取重力加速度的大小g＝10m/s2．
(1)若忽略空气阻力，求该运动员从静止开始下落至1.5km高度处所需的时间及其在此处速度的大小．
(2)实际上，物体在空气中运动时会受到空气的阻力，高速运动时所受阻力的大小可近似表示为Ff＝kv2，其中v为速率，k为阻力系数，其数值与物体的形状、横截面积及空气密度有关，已知该运动员在某段时间内高速下落的v－t图象如图所示，若该运动员和所带装备的总质量m＝100kg，试估算该运动员在达到最大速度时所受的阻力系数．(结果保留1位有效数字)
【答案】(1)87s 8.7×102m/s (2)0.008kg/m
【解析】（1）设运动员从开始自由下落至1.5km高度处的时间为t，下落距离为S，在1.5km高度处的速度大小为v，根据运动学公式有： SKIPIF 1 < 0 ①
SKIPIF 1 < 0 ②
依题意有 SKIPIF 1 < 0 ③
联立①②③式可得：t=87s④v=8.7×102m/s⑤
（2）该运动员达到最大速度 SKIPIF 1 < 0 时，加速度为零，由牛顿第二定律有： SKIPIF 1 < 0 ⑥
由所给的v-t图象可读出 SKIPIF 1 < 0 ，可得：k=0.008kg/m⑧
【点睛】连接牛顿第二定律与运动学公式的纽带就是加速度，所以在做这一类问题时，特别又是多过程问题时，先弄清楚每个过程中的运动性质，根据牛顿第二定律求加速度然后根据加速度用运动学公式解题或者根据运动学公式求解加速度然后根据加速度利用牛顿第二定律求解力
21．（2023·上海）如图（a），线框 SKIPIF 1 < 0 位于倾斜角 SKIPIF 1 < 0 的斜面上，斜面上有一长度为 SKIPIF 1 < 0 的单匝矩形磁场区域，磁场方向垂直于斜面向上，大小为 SKIPIF 1 < 0 ，已知线框边长 SKIPIF 1 < 0 ， SKIPIF 1 < 0 ，总电阻 SKIPIF 1 < 0 ，现对线框施加一沿斜面向上的力 SKIPIF 1 < 0 使之运动。斜面上动摩擦因数 SKIPIF 1 < 0 ，线框速度随时间变化如图（b）所示。（重力加速度 SKIPIF 1 < 0 取 SKIPIF 1 < 0 ）
（1）求外力 SKIPIF 1 < 0 大小；
（2）求 SKIPIF 1 < 0 长度 SKIPIF 1 < 0 ；
（3）求回路产生的焦耳热 SKIPIF 1 < 0 。

【答案】（1）1.5N；（2）0.5m；（3）0.4J
【解析】（1）由图（b）可知在0~0.4s内线框做匀加速运动，加速度为
SKIPIF 1 < 0
根据牛顿第二定律有
SKIPIF 1 < 0
代入数据可得
SKIPIF 1 < 0
（2）由图（b）可知线框cf匀速进入磁场，则有
SKIPIF 1 < 0
其中
SKIPIF 1 < 0
联立可得
SKIPIF 1 < 0 ， SKIPIF 1 < 0
（3）线框穿过磁场过程中回路产生的焦耳热等于过程中安培力做的功，即
SKIPIF 1 < 0