2014届高三物理牛顿运动定律专题复习试题（有答案）

绝密★启用前
2014届高三物理二轮复习专题三
考试范围：牛顿运动定律、牛顿定律的应用；超重和失重
13．选择题（本题共10小题，每小题4分，共40分。在每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项符合题目要求，有的有多个选项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。）
5．“扳手腕”是中学生课余非常喜爱的一项游戏。如右图，甲、乙两同学正在进行“扳手腕”游戏，下列关于他们的手之间的力，说法正确的是 （ ）
A．甲扳赢了乙，是因为甲手对乙手的作用力大于乙手对甲手的作用力
B．只有当甲乙僵持不分胜负时，甲手对乙手的作用力才等于乙手对甲手的作用力
C．甲、乙比赛对抗时，无法比较甲手对乙手的作用力和乙手对甲手的作用力的大小关系
D．无论谁胜谁负，甲手对乙手的作用力大小等于乙手对甲手的作用力大小
2．在一次学校田径运动会上，小明同学以背越式成功地跳过了1.90米的高度，打破校运会记录，如右图。若忽略空气阻力，g取10m/s2。则下列说法正确的是 （ ）
A．小明下降过程中处于失重状态
B．小明起跳以后在上升过程中处于超重状态
C．小明起跳时地面对他的支持力大于他的重力
D．小明起跳以后在下降过程中重力消失了
3．据《新消息》报道，在北塔公园门前，李师傅用牙齿死死咬住长绳的一端，将停放着的一辆卡车缓慢拉动。小华同学看完表演后做了如下思考，其中正确的是 （ ）
A．李师傅选择斜向上拉可以减少车对地面的正压力，从而减少车与地面间的摩擦力
B．若将绳系在车顶斜向下拉，要拉动汽车将更容易
C．车被拉动的过程中，绳对车的拉力大于车对绳的拉力
D．当车由静止被拉动时，绳对车的拉力大于车受到的摩擦阻力
4．如右图所示，物块A放在倾斜的木板上，木板的倾角α为30°和45°时物块所受摩擦力的大小恰好相同，则（ ）
A．物块和木板间的动摩擦因数为0.5
B．物块和木板间的动摩擦因数为
C．木板的倾角α为45°时物块可能在斜面上做匀速运动
D．木板的倾角α为45°时物块的加速等于
5．一皮带传送装置如右图所示，皮带的速度v足够大，轻弹簧一端固定，另一端连接一个质量为m的滑块，已知滑块与皮带之间存在摩擦，当滑块放在皮带上时，弹簧的轴线恰好水平，若滑块放到皮带的瞬间，滑块的速度为零，且弹簧正好处于自由长度，则当弹簧从自由长度到第一次达最长这一过程中，物体的速度和加速度变化的情况是 （ ）
A．速度增大，加速度增大
B．速度增大，加速度减小
C．速度先增大后减小，加速度先增大后减小
D．速度先增大后减小，加速度先减小后增大
6．如右图所示，A、B两人用安全带连接在一起，从飞机上跳下进行双人跳伞运动，最后安全着陆，降落伞未打开时不计空气阻力。下列说法正确的是 （ ）
A．在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力一定为零
B．在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力大于B的重力
C．在降落伞打开后的下降过程中，安全带的作用力等于B的重力
D．在降落伞打开后的下降过程中，安全带的作用力大于B的重力
7．在探究超重和失重规律时，某体重为G的同学站在一压力传感器上完成一次下蹲动作。传感器和计算机相连，经计算机处理后得到压力F随时间t变化的图象，则下列图象中可能正确的是 （ ）
ABCD
8．如右图所示，两块水平放在一起的物块a和b，质量分别为ma和mb，放在水平的光滑桌面上，现同时施给它们方向如图所示的推力Fa和拉力Fb，已知Fa＞Fb，则a对b的作用力 （ ）
A．必为推力
B．必为拉力
C．大小为
D．大小可能为零
9．倾角为30°的长斜坡上有C、O、B三点，CO=OB=10m，在O点竖直的固定一长10m的直杆AO。A端与C点、坡底B点间各连有一光滑的钢绳，且各穿有一钢球（视为质点），将两球从A点由静止开始、同时分别沿两钢绳滑到钢绳末端，如右图所示，则小球在钢绳上滑行的时间tAC和tAB分别为（取g=10m/s2） （ ）
A．2s和2s
B． 和2s
C． 和4s
D．4s和
10．如下图，穿在水平直杆上质量为m的小球开始时静止。现对小球沿杆方向施加恒力F0，垂直于杆方向施加竖直向上的力F，且F的大小始终与小球的速度成正比，即F=kv（图中未标出）。已知小球与杆间的动摩擦因数为μ，小球运动过程中未从杆上脱落，且F0＞μmg。下列关于运动中的速度?时间图象正确的是 （ ）
A B C D
二、实验题（本题共2小题，共20分。）
11．（8分）某实验小组利用如下图所示的实验装置来探究当合外力一定时，物体运动的加速度与其质量之间的关系。
（1）实验前用刻度尺测出两个光电门中心之间的距离s，并测得遮光条的宽度d。该实验小组在做实验时，将滑块从图所示位置由静止释放，由数字计时器可以读出遮光条通过光电门1的时间Δt1，遮光条通过光电门2的时间Δt2，则滑块经过光电门1时的瞬时速度的表达式v1= ，滑块经过光电门2时的瞬时速度的表达式v2= ，则滑块的加速度的表达式a= 。（以上表达式均用直接测量的物理量的字母表示）。
（2）在本次实验中，实验小组通过改变滑块质量做了6组实验，得到如下表所示的实验数据。
实验次数123456
质量m(g)250300350400500800
加速度a( m/s2 )2.021.651.431.251.000.63
通过计算分析上表数据后，得出的结论是在合外力不变的情况下，物体运动的加速度跟物体的质量成反比，如果想通过图象法进一步确认自己的结论，须建立 （填a?m或a? ）坐标系，根据实验数据描点作图，如果图线是一条 ，就可确认上述结论。
12．（12分）物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数。实验装置如右图，一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，一端装有定滑轮；木板上有一滑块，其一端与电磁打点计时器的纸带相连，另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接。打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz。开始实验时，在托盘中放入适量砝码，滑块开始做匀加速运动，在纸带上打出一系列小点。
（1）下图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分：0、1、2、3、4、5、6、7是计数点，每相邻两计数点间还有4个打点（图中未标出），计数点间的距离如下图所示。根据图中数据计算的加速度a＝ （保留三位有效数字）。
（2）为测量动摩擦因数，下列物理量中还应测量的有 。（填入所选物理量前的字母）
A．木板的长度lB．木板的质量m1C．滑块的质量m2
D．托盘和砝码的总质量m3E．滑块运动的时间t
（3）滑块与木板间的动摩擦因数μ＝ （用被测物理量的字母表示，重力加速度为g）。与真实值相比，测量的动摩擦因数 （填“偏大”或“偏小”）。写出支持你的看法的一个论据： 。
三、计算题（本题共4小题，共40分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写最后答案的不给分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值的单位。）
13．（8分）许多汽车司机喜欢在驾驶室悬挂一些祝福“平安”的小工艺品。如下图所示，沿水平方向做匀变速直线运动的车厢中，悬挂小工艺品的悬线偏离竖直方向37°角，球和车厢相对静止，球的质量为1kg。（g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8）
（1）求车厢运动的加速度，并说明车厢的运动情况；
（2）求悬线对球的拉力。
14．（10分）如下图所示，质量为40.0kg的雪橇（包括人）在与水平方向成37°角、大小为200N的拉力F作用下，沿水平面由静止开始运动，雪橇与地面间动摩擦因数为0.20；取g=10m/s2，cos37°=0.8，sin37°=0.6。
（1）求雪橇的加速度大小；
（2）经过2s撤去F，再经过3s时雪橇的速度多大？
（3）雪橇在5s内的位移多大？
15．（10分）如下图所示，水平地面上放有质量均为m=1kg的物块A和B，两者之间的距离为l=0.75m。A、B与地面间的动摩擦因数分别为μ1=0.4、μ2=0.1。现使A获得初速度v0向B运动，同时对B施加一个方向水平向右的力F=3N，使B由静止开始运动。经过一段时间，A恰好追上B。g取10m/s2。求：
（1）B运动的加速度大小aB；
一、A的初速度的大小v0。
16．（12分）下图为仓库中常用的皮带传输装置示意图，它由两台皮带传送机组成，一台水平传送，A、B两端相距3m，另一台倾斜，传送带与地面的倾角θ=37°，C、D两端相距4.45m，B、C相距很近。水平部分AB以5m/s的速率顺时针转动。将质量为10kg的一袋大米放在A端，到达B端后，速度大小不变地传到倾斜的CD部分，米袋与传送带间的动摩擦因数均为0.5。试求：
（1）若CD部分传送带不运转，求米袋沿传送带所能上升的最大距离；
（2）若要米袋能被送到D端，求CD部分顺时针运转的速度应满足的条件及米袋从C 端到D 端所用时间的取值范围。
专题三答案与解析
1．【命题立意】本题以“扳手腕”游戏立意，主要考查对牛顿第三定律的理解。
【思路点拨】解答本题需要注意以下几个关键点：（1）什么是作用力与反作用力？（2）作用力与反作用力的大小关系？
【答案】D【解析】甲手对乙手的作用力和乙手对甲手的作用力是一对作用力与反作用力，大小总是相等的。
2．【命题立意】本题以跳高为背景命题，主要考查超重与失重现象。
【思路点拨】解答本题需要注意以下几个关键点：（1）什么叫超重与失重？超重与失重时物体的重力变化了吗？（2）如何判定物体处于超重状态还是失重状态？
【答案】AC【解析】小明起跳和落在软垫上减速，加速度向上，处于超重状态；在空中时，无论是上升，还是下降，都处于完全失重状态，但重力不会改变，则AC 正确。
3．【命题立意】本题以绳拉汽车为背景，以力之间的关系为选项，
主要考查牛顿第二、三定律。
【思路点拨】解答本题需要注意以下几个关键点：（1）汽车受到几个力的作用？斜向上的拉力的作用效果是什么？（2）汽车受到的几个力之间有何关系？力的大小与运动状态有关吗？（3）根据什么规律比较绳对车的拉力与车对绳的拉力？车受到的摩擦阻力的大小关系是什么？
【答案】AD【解析】李师傅斜向上拉车的力可以分解成竖直向上和水平向前的两个分力，竖直向上的分力将减少车对地面的正压力，从而减少车与地面间的滑动摩擦力，则A对；若将绳系在车顶斜向下拉，车对地面的正压力增大，摩擦力增大，拉动汽车将更不容易，则B错；绳对车的拉力与车对绳的拉力是作用力与反作用力，大小相等，则C错；若车由静止被拉动，绳的拉力在水平方向的分力大于车受到的摩擦阻力，绳的拉力大于车受到的摩擦阻力，则D正确。
4．【命题立意】本题以物体在斜面上的运动为背景命题，主要考查物理过程分析及牛顿运动定律。
【思路点拨】解答本题需要注意以下几个关键点：（1）为什么木板的倾角α为30°和45°时物块所受摩擦力的大小恰好相同？（2）木板的倾角α为45°时物块做什么运动由什么决定？
【答案】BD【解析】据题意倾角为30°时应为静摩擦，倾角为45°时应为滑动摩擦，由mgsin30°=μmgcos45°。可得动摩擦因数为 ，B正确。木板的倾角α为45°时重力沿斜面向下的分力大于滑动摩擦力，物体加速下滑，由牛顿第二定律得D正确。
5．【命题立意】本题以加速度和速度设置选项，主要考查牛顿第二定律、力与运动的关系。
【思路点拨】解答本题需要注意以下几个关键点：（1）滑块受到几个力的作用？摩擦力的大小和方向怎样？（2）滑块的合力怎样变化，加速度怎样变化？（3）怎样分析速度的大小？
【答案】D【解析】滑块在水平方向受向左的滑动摩擦力Ff和弹簧向右的拉力kx，合力F合=Ff-kx=ma，而x逐渐增大，所以加速度a先减小后反向增大，速度先增大后减小。
6．【命题立意】本题以安全带的作用力的大小为选项，主要考查牛顿第二定律、整体法和隔离法。
【思路点拨】解答本题需要注意以下几个关键点：（1）降落伞未打开时，整体的受力和加速度分别怎样？（2）降落伞打开后，整体的受力和加速度分别怎样？（3）分析安全带的作用力，采用整体法，还是隔离法？
【答案】AD【解析】降落伞未打开时，整体做自由落体运动，处于完全失重状态，安全带的作用力为0，则A正确、B错误；降落伞打开后，整体减速下降，加速度方向向上，对跳伞员B，由牛顿第二定律，安全带的作用力大于B的重力，则C错误、D正确。
7.【命题立意】本题以压力F的图象为选项，主要考查超重与失重。
【思路点拨】解答本题需要注意以下几个关键点：（1）同学下蹲，运动过程可以分为几个阶段，其加速度方向分别怎样？（2）在不同阶段，分别处于什么状态，是超重还是失重？
【答案】D【解析】由题意知同学下蹲，先向下加速运动，再向下减速到停止，加速度先向下，后向上，该同学先失重后超重，符合的有D。
8．【命题立意】本题以a对b的作用力的大小、方向为选项，主要考查整体法和隔离法在牛顿第二定律中的应用。
【思路点拨】解答本题需要注意以下几个关键点：（1）物块a和b一起向哪边运动，其加速度大小和方向分别怎样？（2）分析物块a和b，采用整体法，还是隔离法，研究对象是谁？（3）怎样列出a对b的作用力的表达式，大小和方向分别怎样？
【答案】CD【解析】以a、b为整体， ，以b为研究对象， ， ， 的正负决定FN的正负，ma、mb的大小不定，所以a对b的作用力可能为推力，也可能为拉力，CD项正确。
9．【命题立意】本题以斜面为载体，考查动力学问题。
【思路点拨】解答本题需要注意以下几个关键的知识点：（1）小球在钢绳上做什么运动？（2）小球在钢绳上运动时的加速度和位移分别表示为多少？（3）怎样通过加速度和位移研究运动时间？
【答案】A【解析】设CO为l，则BO=AO=CO=l，小球在钢绳AC上滑行，加速度aAC=gsin30°，位移SAC=l，由 ，则tAC=2s；小球在钢绳AB上滑行，加速度aAB=gsin60°，位移SAB= l，由 ，则tAB=2s。
10．【命题立意】本题考查了牛顿第二律的瞬时性、力与运动的关系、速度图象等考点，是高考考查的热点和重点，突出高考“考查物理学的主干知识”这一命题导向。以数学图象形式命题，考查了应用数学工具解决物理问题的能力和对物理过程的综合分析能力等。
【思路点拨】解答本题需要注意以下几个关键点：（1）小球受到几个力的作用？支持力和摩擦力的大小和方向分别怎样？（2）滑块的合力怎样变化，加速度怎样变化？（3）怎样分析速度的大小？
【答案】C【解析】刚开始运动，加速度 ，当速度v增大，加速度增大，当速度v增大到符合kv＞mg后，加速度 ，当速度v增大，加速度减小，当a2减小到0，做匀速运动，则图象C正确。
11．【命题立意】本题以探究当合外力一定时，物体运动的加速度与其质量之间的关系为主题，主要考查光电门的计时测速、图象研究a?m关系。
【思路点拨】解答本题需要掌握以下几个关键点：（1）滑块经过光电门1时的瞬时速度怎样计算？（2）图象法研究两个物理量的关系，图象画出来尽可能是什么？
【答案】（1）v1= （1分） v2= （1分） （2分） （2）a? （2分）通过原点的直线（2分）
【解析】（1）瞬时速度等于极短时间内的平均速度，则v1= ，v2= ；由运动学公式，则 。
（2）图象法研究两个物理量的关系，图象画出来尽可能是线性关系，应画a? 图，所以a? 图在理论上是一条通过原点的直线。
12．【命题立意】本题以测量滑块与木板之间的动摩擦因数为主题，主要考查了纸带的处理、牛顿运动定律等知识。
【思路点拨】解答本题需要注意以下几个关键点：（1）通过纸带计算加速度，涉及多组数据，往往采取什么方法？
（2）由牛顿第二定律研究动摩擦因数，需要已知哪些物理量？（3）实验中存在哪些方面的误差？
【答案】（1）0.495~0.497m/s2 之间均可 （3分）
（2）CD（4分）
（3） （3分）偏大（1分） 存在纸带与限位孔之间的阻力等（1分）
【解析】（1）由逐差法，则a= 0.495m/s2。
14．由牛顿第二定律， ，则需要测定滑块的质量m2和托盘和砝码的总质量m3，则选CD。
15．（3）由（2）中等式可得μ= ，因存在纸带与限位孔之间的阻力等，测量的动摩擦因数偏大。
13．【命题立意】本题以汽车运动中的小工艺品为背景命题，主要考查力的合成、牛顿第二定律的简单计算。
【思路点拨】解答本题需要注意以下几个关键点：（1）汽车做匀变速直线运动的加速度方向怎样？（2）汽车受到几个力作用，合力的方向和大小分别怎样？（3）怎样求悬线对球的拉力？
【答案】（1）7.5m/s2 水平向右做匀加速直线运动或水平向左做匀减速直线运动 （2）12.5N
【解析】（1）球和车厢相对静止，它们的运动情况相同，由于对球的受力情况知道的较多，故应以球为研究对象。球受两个力作用：重力mg和线的拉力FT，由球随车一起沿水平方向做匀变速直线运动，故其加速度沿水平方向，合外力沿水平方向。（1分）
做出平行四边形如下图所示，由牛顿第二定律F合＝ma（2分）
可求得球的加速度为 7.5m/s2（1分）
加速度方向水平向右。（1分）
车厢可能水平向右做匀加速直线运动，也可能水平向左做匀减速直线运动。（1分）
（2）由图可得，线对球的拉力大小为 N=12.5N。（2分）
14．【命题立意】本题以人拉雪橇为背景命题，主要考查力的正交分解法及牛顿运动定律在多过程运动问题中的应用。
【思路点拨】解答本题需要注意以下几个关键点：（1）前2s雪橇受到几个力作用，合力的方向和大小分别怎样，应用什么方法研究？加速度是多少？（2）撤去F，雪橇受到几个力作用，加速度的方向和大小分别怎样？做什么运动？（3）雪橇在5s内的运动可以分成几个阶段，每段位移怎样计算？
【答案】（1）2.6m/s2（2）0（3）11.96m
【解析】（1）对雪橇受力分析如下图所示
据牛顿运动定律有：Fx-f= ma；N+Fy=mg（2分）
又：f=μN ；Fx=Fcos37°；Fy=Fsin37°（1分）
故：a=Fcos37°－μ（mg－Fsin37°）m =2.6m/s2（1分）
（2）v2=at2=2.6×2m/s=5.2m/s撤去F后，据牛顿第二定律有：-μmg=ma′
故：a′=-μg=-0.20×10m/s2=-2.0m/s2（1分）
由于：t止=-v2 a′=2.6s<3s（1分）
则撤去F后，再经3s，即5s末时雪橇速度为：v5 =0（1分）
（3）前2s内雪橇位移：s1=0+v22 t2= 0+5.22×2m=5.2m（1分）
后3s内雪橇的位移：s2=v2+02t止=5.2+02×2.6m=6.76m（1分）
雪橇5s内位移：s=s1+s2=(5.2+6.76)m=11.96m（1分）
15．【命题立意】本题涉及两个物体的相对运动，主要考查追及相遇问题。
【思路点拨】解答本题需要注意以下几个关键点：（1）物块A和B分别受到几个力作用，加速度的方向和大小分别怎样？做什么运动？（2）A恰好追上B的临界条件是什么？两个物体的位移、速度、时间关系如何？
【答案】（1）2m/s2（2）3m/s
【解析】（1）对B，由牛顿第二定律得： （2分）求得： （1分）
（2）设A经过t时间追上B，对A，由牛顿第二定律得： （1分） （1分）
（1分） 恰好追上的条件为： （1分）
（1分） 代入数据解得： ， （1分）
16．【命题立意】本题以传送带为背景命题，主要考查牛顿运动定律应用的第二类动力学问题。
【思路点拨】解答本题需要注意以下几个关键点：（1）米袋在AB上受到几个力作用，加速度的方向和大小分别怎样？做什么运动？（2）米袋进入不运转CD 部分，受到几个力作用，加速度的方向和大小分别怎样？做什么运动？（3）CD部分顺时针运转，米袋在CD上运动有哪几个阶段，最长时间和最短时间分别是什么情况？
【答案（1）1.25m（2）
【解析】（1）米袋在AB上加速时的加速度 （1分）
米袋的速度达到v0=5m/s时，滑行的距离 ，
因此米袋在到达B点之前就有了与传送带相同的速度（1分）
设米袋在CD上运动的加速度大小为a，由牛顿第二定律得： （1分）
代入数据得a=10m/s2（1分） 所以能滑上的最大距离 （1分）。
一、设CD部分运转速度为v1时米袋恰能到达D点（即米袋到达D点时速度恰好为零），则米袋速度减为v1之前的加速度为a1=-g(sinθ+μcosθ)=-10m/s2（1分）
米袋速度小于v1至减为零前的加速度为a2=-g(sinθ-μcosθ)=-2m/s（1分）
由 （1分）
解得v1=4m/s，即要把米袋送到D点，CD部分的速度vCD≥v1=4m/s（1分）
米袋恰能运到D点所用时间最长为： （1分）
若CD部分传送带的速度较大，使米袋沿CD上滑时所受摩擦力一直沿皮带向上，则所用时间最短，此种情况米袋加速度一直为a2。由 得，tmax=1.16s（1分）


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