牛顿运动定律的运用-2020年高考名校物理模拟试题解析版

热点04  牛顿运动定律的综合运用

高考真题

1. （2019年4月浙江选考）如图所示，A、B、C为三个实心小球，A为铁球，B、C为木球。A、B两球分别连在两根弹簧上，C球连接在细线一端，弹簧和细线的下端固定在装水的杯子底部，该水杯置于用绳子悬挂的静止吊篮内。若将挂吊篮的绳子剪断，则剪断的瞬间相对于杯底（不计空气阻力，ρ木＜ρ水＜ρ铁）

A. A球将向上运动，B、C球将向下运动

B. A、B球将向上运动，C球不动

C. A球将向下运动，B球将向上运动，C球不动

D. A球将向上运动，B球将向下运动，C球不动

【参考答案】D

【名师解析】

开始时A球下的弹簧被压缩，弹力向上；B球下的弹簧被拉长，弹力向下；将挂吊篮的绳子剪断的瞬时，系统的加速度为g，为完全失重状态，此时水对球的浮力为零，小球的重力也可视为零，则A球将在弹力作用下向上运动，B球将在弹力作用下向下运动，C球不动；故选D.

2. （2019年4月浙江选考）如图所示，小明撑杆使船离岸，则下列说法正确的是

A. 小明与船之间存在摩擦力

B. 杆的弯曲是由于受到杆对小明的力

C. 杆对岸的力大于岸对杆的力

D. 小明对杆的力和岸对杆的力是一对相互作用力

【参考答案】A

【名师解析】

小明与船之间存在运动的趋势，则它们之间存在摩擦力，选项A正确；杆的弯曲是由于杆受到小明对杆的力，选项B错误；杆对岸的力与岸对杆的力是作用与反作用力，大小相等，选项C错误；小明对杆的力和杆对小明的力是一对相互作用力，选项D错误；故选A.

2.（浙江新高考2018年4月选考科目物理试题）如图所示，小芳在体重计上完成下蹲动作，下列F-t图像能反应体重计示数随时间变化的是

A.     B.   

 C.     D.

【参考答案】  C

【名师解析】对人的运动过程分析可知，人下蹲的过程可以分成两段：人在加速下蹲的过程中，有向下的加速度，处于失重状态，此时人对传感器的压力小于人的重力的大小；在减速下蹲的过程中，加速度方向向上，处于超重状态，此时人对传感器的压力大于人的重力的大小，故C正确，A、B、D错误；

故选C。

【点睛】人在加速下蹲的过程中，有向下的加速度，处于失重状态，在减速下蹲的过程中，加速度方向向上，处于超重状态。

3.（2018年11月浙江选考物理） 如图所示为某一游戏的局部简化示意图。D为弹射装置，AB是长为21m的水平轨道，倾斜直轨道BC固定在竖直放置的半径为R=10m的圆形支架上，B为圆形的最低点，轨道AB与BC平滑连接，且在同一竖直平面内。某次游戏中，无动力小车在弹射装置D的作用下，以v0=10m/s的速度滑上轨道AB，并恰好能冲到轨道BC的最高点。已知小车在轨道AB上受到的摩擦力为其重量的0.2倍，轨道BC光滑，则小车从A到C的运动时间是

A. 5s    B. 4.8s

C. 4.4s   D. 3s

【参考答案】A

【名师解析】小车在水平轨道上运动，由0.2mg=ma，解得加速度大小a=0.2g。运动到B点时，由v2= v02-2aL，解得v=4m/s，小车从A到C的运动的平均速度=m/s，小车从A到C的运动时间是t1==3s. 设斜直轨道BC长s，倾角为θ，由几何关系可得：sinθ=，小车在倾斜轨道上运动的加速度a=gsinθ=，v2=2as，在BC上运动时间是t2=，联立解得：t2=2s。小车从A到C的运动时间是t= t1+t2=5s选项A正确。

4．（2017年4月浙江选考）游船从某码头沿直线行驶到湖对岸，小明对过程进行观测记录数椐如下表

（1）求游船匀加速运动过程中加速度大小a1及位移大小x1；

（2）若游船和游客的总质量M=8000kg，求游船匀减速运动过程中所受的合力大小F；

（3）求游船在整个行驶过程中的平均速度大小。

【名师解析】（1）船匀加速运动过程中加速度大小    a1== m/s2=0.105m/s2,

匀加速运动时间：t1=40s，

匀加速运动位移大小为x1=a1t12=×0.105×402m=84m

（2）游船匀减速运动过程的加速度大小   a2== m/s2=0.05m/s2,

根据牛顿第二定律得到F=Ma2=8000×0.05N=400N
所以游船匀减速运动过程中所受的合力大小F=400N

（3）匀加速运动过程位移x1=84m，

匀速运动时间t2=640s-40s=600s ，

匀速运动位移x2=vt2=4.2×(640-40)m=2520m
匀减速运动时间t3=720s-640s=80s，

匀减速运动过程位移x3=（v+v1） t3=×（4.2+0.2）×80m=176m
总位移x= x1+ x2+ x3=84m+2520m+176m=2780m
行驶总时间为t=720s
所以整个过程中行驶的平均速度大小v=x/t=3.86m/s。

最新模拟题

1.(2020江苏南京联考)如图所示,具有完全知识产权的两列中国标准动车组“复兴号”在京沪双向发车成功。若动车组各级车厢总质量均相等,它由8节车厢组成,其中第1和5节车厢为动车,其余均为拖车,动车的额定功率都相同。若在水平直轨道上运行过程中阻力与车重成正比,则该动车组(　　)

A.启动时乘客受到车厢作用力的方向与车运动的方向相反

B.做匀速运动时,乘客相对车厢竖直向上跳起后将落在起跳点后方

C.进站时从关闭发动机到停下来滑行的距离与关闭发动机时的速度成正比

D.做匀加速运动时,第5、6节与第6、7节车厢间的作用力之比为3∶2

【参考答案】　D　

【名师解析】动车组启动时,乘客加速运动,车厢对乘客有沿运动方向的作用力,还有竖直向上的作用力,故乘客受到车厢作用力的方向与运动方向成一定的夹角斜向上,A错误;动车组做匀速运动时,乘客相对车厢竖直向上跳起后,由于惯性,乘客水平方向保持与列车同样的速度,故乘客落在起跳点处,B错误;动车组进站时从关闭发动机到停下来,由题意可知,受阻力f=kMg,则列车加速度a=kg,滑行的距离x=,即与速度的二次方成正比,C错误;设每节车厢的质量为m,整个车厢所受牵引力为F,则对整个车有F-8kmg=8ma,设第5、6节车厢间的作用力为F1,以6、7、8节车厢为研究对象,有F1-3kmg=3ma,设第6、7节车厢间的作用力为F2,以第7、8节车厢为研究对象,有F2-2kmg=2ma,所以=,D正确。

2．（2020长春一模）如图所示，质量为M的物体A放在光滑平台上，通过轻绳跨过光滑的固定滑轮与质量为m的物体Ｂ相连，释放物体Ｂ，二者共同加速运动，物体Ａ运动过程中不会与滑轮相碰，已知重力加速度为g，以下说法正确的是

A．两物体的加速度相同　　　　B．轻绳上的拉力T > Mg

C．轻绳上的拉力T < mg　　　 D．物体Ａ的加速度大小为mg/M

【参考答案】C

【命题意图】本题以轻绳跨过定滑轮连接的两个物体运动为情景，考查物理素养中的运动和力的观念、隔离体法受力分析、牛顿运动定律及其相关知识点。

【解题思路】质量为M的物体A，通过轻绳跨过光滑的固定滑轮与质量为m的物体B相连，二者的加速度大小相等，物体A的加速度方向沿水平面，物体B的加速度方向竖直向下，二者加速度方向不同，选项A错误；设轻绳上拉力为T，对物体A，由牛顿第二定律，T=Ma，对物体B，由牛顿第二定律，mg-T=ma，联立解得：a=mg/（M+m），T= Mmg/（M+m），即轻绳上拉力T＜Mg，T＜mg，选项BD错误C正确。

【关键点拨】对于连接体，可以分别隔离单个物体分析受力，应用牛顿第二定律列方程解答。轻绳跨过定滑轮连接的两个物体，加速度大小相等，方向不同，轻绳中的拉力小于物体的重力。

3. （2020南昌摸底考试）如图所示，一物块静止在粗糙的水平地面上，当施加拉力F时，物块加速度大小为a，当拉力大小为2F，则加速度大小a’与a的关系为（    ）

A.a’<2a      B.a’>2a        C.a’＝2a         D.无法确定

【参考答案】B

【命题意图】本题以水平力拉水平面内的物体为情景，考查牛顿运动定律及其相关知识点。

【解题思路】设物体质量为m，与水平地面的动摩擦因数为μ，当施加拉力F时，由牛顿第二定律，F-μmg=ma，解得a=F/m-μg；当施加拉力2F时，由牛顿第二定律，2F-μmg=ma’， 解得a’=2F/m-μg；；a’- a=F/m>a，所以a’＞2a，选项B正确。

【易错警示】解答此题常见错误主要有：一是没有考虑摩擦力，导致错选选项C；二是没有根据题述情景利用牛顿运动定律列方程得出a和a’的关系式，导致错选A或D。

4.（2019甘肃嘉峪关酒钢三中二模）亚里士多德在其著作《物理学》中说：一切物体都具有某种“自然本性”，物体由其“自然本性”决定的运动称之为“自然运动”，而物体受到推、拉、提、举等作用后的非“自然运动”称之为“受迫运动”．伽利略、笛卡尔、牛顿等人批判的继承了亚里士多德的这些说法，建立了新物理学；新物理学认为一切物体都具有的“自然本性”是“惯性”．下列关于“惯性”和“运动”的说法中符合新物理学的是(       )

A．一切物体的“自然运动”都是速度不变的运动——静止或者匀速直线运动

B．作用在物体上的力，是使物体做“受迫运动”即变速运动的原因

C．竖直向上抛出的物体，受到了重力，却没有立即反向运动，而是继续向上运动一段距离后才反向运动，是由于物体具有惯性

D．可绕竖直轴转动的水平圆桌转得太快时，放在桌面上的盘子会向桌子边缘滑去，这是由于“盘子受到的向外的力”超过了“桌面给盘子的摩擦力”导致的

【参考答案】ABC

【名师解析】可绕竖直轴转动的水平圆桌转得太快时，放在桌面上的盘子会向桌子边缘滑去，这是由于“盘子”转动需要的向心力超过了“桌面给盘子的摩擦力”导致的，选项D错误。

5．（2020长春一模） 由基本物理量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位，叫做导出单位。导出单位可以用基本单位表示，则力的单位“牛顿（N）”用国际单位制的基本单位表示正确的是

A．kg·s2/m       B．kg·m/s2       C．kg·s/m2       D．kg·m/s

【参考答案】B

【命题意图】本题以导出单位为命题背景，考查学生的物理观念、对导出单位和基本单位的理解及其相关知识点。

【解题思路】根据物理公式不但表示物理量之间的关系，也表示™单位之间的关系，由牛顿第二定律F=ma可知，力的单位“牛顿”用国际单位制的基本单位表示为：1N=1kg·m/s2，选项B正确。

6.（16分）（2020山东肥城六高月考）在寒冷的冬天，路面很容易结冰，在冰雪路面上汽车一定要低速行驶。在冰雪覆盖的路面上，车辆遇紧急情况刹车时，车轮会抱死而“打滑”。如图所示，假设某汽车以10m/s的速度行驶至一个斜坡的顶端A时，突然发现坡底前方有一位行人正以2m/s的速度做同向匀速运动，司机立即刹车，但因冰雪路面太滑，汽车仍沿斜坡滑行。已知斜坡的高AB＝3 m，长AC＝5 m，司机刹车时行人距坡底C点的距离CE＝6 m，从厂家的技术手册中查得该车轮胎与冰雪路面的动摩擦因数约为0.5。（重力加速度大小g＝10 m/s2）（其中）

(1)求汽车沿斜坡滑下的加速度大小；

(2)试分析此种情况下，行人是否有危险。

【名师解析】

(1)汽车在斜坡上行驶时 mgsin θ－μmgcos θ＝ma1 

由几何关系得 sin θ＝，cos θ＝

联立可得 a1＝2 m/s2    

(2)由匀变速直线运动规律可得v－v＝2a1xAC

解得汽车到达坡底C时的速度vC＝ m/s =11 m/s   

经历时间t1＝＝ s=0.5s    

汽车在水平路面运动阶段，μmg＝ma2

汽车的速度减至v＝v人＝2 m/s时发生的位移

x1＝＝11.7 m   

经历的时间t2＝＝ s=1.8s  

人发生的位移x2＝v人(t1＋t2)＝4.6 m  

因x1－x2＝7.1 m>6 m，故行人有危险 

7．（12分）（2020河北曲阳一中月考）如图所示，一弹簧一端固定在倾角为θ＝37°的光滑固定斜面的底端，另一端拴住质量为m1＝6 kg的物体P，Q为一质量为m2＝10 kg的物体，弹簧的质量不计，劲度系数k＝600 N/m，系统处于静止状态．现给物体Q施加一个方向沿斜面向上的力F，使它从静止开始沿斜面向上做匀加速运动，已知在前0.2 s时间内，F为变力，0.2 s以后F为恒力，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g取10 m/s2.

求：

(1)系统处于静止状态时，弹簧的压缩量x0；

(2)物体Q从静止开始沿斜面向上做匀加速运动的加速度大小a；

(3)力F的最大值与最小值．

【参考答案】．(1)0.16 m　(2)m/s2　(3)N　N

【名师解析】(1)设开始时弹簧的压缩量为x0

对整体受力分析，平行斜面方向有：

(m1＋m2)gsin θ＝kx0

解得：

x0＝0.16 m

(2)前0.2 s时间内F为变力，之后为恒力，则0.2 s时刻两物体分离，此时P、Q之间的弹力为零且加速度大小相等，设此时弹簧的压缩量为x1

对物体P，由牛顿第二定律得：

kx1－m1gsin θ＝m1a

前0.2 s时间内两物体的位移：

x0－x1＝at2

联立解得：

a＝m/s2

(3)对两物体受力分析知，开始运动时拉力最小，分离时拉力最大：

Fmin＝(m1＋m2)a＝N

对Q应用牛顿第二定律得：

Fmax－m2gsin θ＝m2a

解得：

Fmax＝m2(gsin θ＋a)＝N.

1．(16分) （2020江苏扬州中学质检）如图所示，有1、2、3三个质量均为m = 1kg的物体，物体2与物体3通过不可伸长轻绳连接，跨过光滑的定滑轮，设长板2到定滑轮足够远，物体3离地面高H = 5.75m，物体1与长板2之间的动摩擦因数μ = 0.2。长板2在光滑的桌面上从静止开始释放，同时物体1（视为质点）在长板2的左端以v = 4m/s的初速度开始运动，运动过程中恰好没有从长板2的右端掉下。求：

（1）长板2开始运动时的加速度大小；

（2）长板2的长度L0；

（3）当物体3落地时，物体1在长板2的位置。

【名师解析】.

⑴物体1的加速度

a1= -μmg/m= -μg= -2m/s2

物体2和3的整体加速度

a2=(mg+μmg)/2m=6m/s2

⑵设经过时间t1二者速度相等 v1=v+a1t=a2t

代入数据解t1=0.5s   v1=3m/s

X1=（v+v1）t/2=1.75m    x2=v1t/2=0.75m

所以木板2的长度L0=x1-x2=1m

⑶此后，假设物体123相对静止，a=g/3

Ma=3.3N>Ff=μmg=2N，故假设不成立，物体1和物体2相对滑动

物体1的加速度 a3=μg=2m/s2

物体2和3整体的加速度 a4=（g-μg）/2=4m/s2

整体下落高度h=H-x2=5m   根据h=v1t+a4t22/2 解得t2=1s

物体1的位移x3=v1t2+a3t22/2=4m     h-x3=1m 

物体1在长木板2的最左端

2.（14分）（2020成都石室中学模拟）在水平长直轨道上，有一长平板车在水平外力控制下始终保持速度v0=4m/s做匀速直线运动，某时刻，站在地面上的人，将一质量为m=1kg的小滑块轻放到车面的中点，滑块与车面间的动摩擦因数为μ=0.2，g=10m/s2.

(1)若小车足够长，以地面为参考系，小滑块从轻放到车面的中点到与车面相对静止的过程中，小滑块通过的距离x是多大？

(2)若小车长度L=2m，在将小滑块放到车面中点的同时，对小滑块施加一个与车运动方向相同的恒力F，要保证滑块不从车的左端掉下，恒力F大小应该满足什么条件？

(3)在(2)的情况下，力F取最小值，要保证滑块不从车上掉下，力F的作用时间应该在什么范围内？

【名师解析】：

(1)设小滑块的加速度为a1，由牛顿第二定律得：

   解得：a1=2m/s2      （1分）

解得：x= 4 m       （1分）

(2)设恒力F取最小值为F1，小滑块的加速度为a2，滑块到达小车的左端时恰好与小车速度相同，经过的时间是t1，则：v0=a2t1                   （1分）

                （1分）

对滑块由牛顿第二定律得：

               （1分） 

联立解得F1 = 6N，t1=0.5s        

即F ≥ 6N                        （1分）

(3)力F取最小值F1 = 6N，当小滑块到达小车的左端与小车速度相同后，开始向右做初速度为v0=4m/s的匀加速直线运动，设运动加速度大小为a3，为保证小滑块不从车上掉下，从左端运动开始经过的时间为t2，通过的距离为x1，恒力F1停止作用，此时小滑块速度为v1，小滑块开始做匀减速直线运动，设运动加速度大小为a4，经过的时间为t3，通过的距离为x2，到达小车右端时，与车达共同速度，则：

x1+x2- v0 (t2+t3) =L           （1分）          

              （1分）

              （1分）           

                （1分）

          （1分）

由牛顿第二定律得：          （1分）

联立解得：             （1分）

则力F的作用时间t的范围是t1≤t≤t1+ t2

即 或    （1分）

4. (10分)（2020甘肃嘉峪关酒钢中学模拟）某电视台的娱乐节目中，有一个拉板块的双人游戏，考验两人的默契度．如图所示，一长L=0.60m、质量M=0.40kg的木板靠在光滑竖直墙面上，木板右下方有一质量m=0.80kg的小滑块（可视为质点），滑块与木板间的动摩擦因数为μ=0.20，滑块与木板间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取g=10m/s2．一人用水平恒力F1向左作用在滑块上，另一人用竖直恒力F2向上拉动滑块，使滑块从地面由静止开始向上运动．
（1）为使木板能向上运动，求F1必须满足什么条件？
（2）若F1=22N，为使滑块与木板能发生相对滑动，求F2必须满足什么条件？
（3）游戏中，如果滑块上移h=1.5m时，滑块与木板没有分离，才算两人配合默契，游戏成功．现F1=24N，F2=16N，请通过计算判断游戏能否成功？

【名师解析】.（1）滑块与木板间的滑动摩擦力   

对木板应有   

代入数据得          
（2）对木板有      

对滑块有     
要能发生相对滑动应有        

代入数据可得          
（3）对滑块有     

设滑块上升h的时间为t，则      

对木板有      

设木板在t时间上升的高度为H，则     
代入数据可得       

 由于，滑块在上升到1.5m之前已经脱离了木板，游戏不能成功．