2020高考物理單元卷 牛頓定律的應(yīng)用（通用）

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1、第一模塊 第3章 第3單元 一、選擇題 1．(2020年山東卷)直升機(jī)懸停在空中向地面投放裝有救災(zāi)物資的箱子，如圖13所示．設(shè)投放初速度為零，箱子所受的空氣阻力與箱子下落速度的平方成正比，且運(yùn)動(dòng)過(guò)程中箱子始終保持圖示姿態(tài)．在箱子下落過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是 (　　) 圖13 A．箱內(nèi)物體對(duì)箱子底部始終沒(méi)有壓力 B．箱子剛從飛機(jī)上投下時(shí)，箱內(nèi)物體受到的支持力最大 C．箱子接近地面時(shí)，箱內(nèi)物體受到的支持力比剛投下時(shí)大 D．若下落距離足夠長(zhǎng)，箱內(nèi)物體有可能不受底部支持力而“飄起來(lái)” 解析：因?yàn)槭艿阶枇?，不是完全失重狀態(tài)，所以物體對(duì)支持面有壓力，A錯(cuò)．由于

2、箱子阻力與下落的速度成二次方關(guān)系，箱子最終將勻速運(yùn)動(dòng)，受到的壓力等于重力，B、D錯(cuò)，C對(duì)． 答案：C 2．靜止在光滑水平面上的物體受到一個(gè)水平拉力的作用，該力隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖14所示，則 (　　) 圖14 A．物體將做往復(fù)運(yùn)動(dòng) B．2 s內(nèi)的位移為零 C．2 s末物體的速度最大 D．3 s內(nèi)，拉力做的功為零 解析：本題考查了力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系及應(yīng)用圖象的能力．由題意可知，拉力F即為物體所受的合外力，根據(jù)F－t圖象，物體在0～1 s內(nèi)做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng)，1 s末速度達(dá)到最大；在1～2 s內(nèi)做加速度逐漸增大的減速運(yùn)動(dòng)，2 s末速度減為零，在2～3 s內(nèi)物體做反

3、向加速運(yùn)動(dòng)，3 s末速度達(dá)到最大；在3～4 s內(nèi)做反向減速運(yùn)動(dòng)，4 s末速度減為零，且重新回到出發(fā)點(diǎn)，也就是說(shuō)物體在4 s內(nèi)的位移為零，以后物體將重復(fù)這樣的運(yùn)動(dòng)，綜上所述，選項(xiàng)A正確，B、C、D錯(cuò)誤． 答案：A 3．人的質(zhì)量為m1，車的質(zhì)量為m2，人站在車上用水平力F推固定在車上的擋板，若不考慮地面對(duì)車的摩擦力時(shí)，小車的加速度為 (　　) A．0 B. C. D. 解析：人用力推車，同時(shí)人的雙腳對(duì)車有摩擦力，此二力平衡，故小車加速度為零． 答案：A 4．如圖15所示，小球B放在真空容器A內(nèi)，球B的直徑恰好等于正方體A的邊長(zhǎng)，將它們以初

4、速度v0豎直向上拋出，下列說(shuō)法中正確的是 (　　) 圖15 A．若不計(jì)空氣阻力，上升過(guò)程中，A對(duì)B有向上的支持力 B．若考慮空氣阻力，上升過(guò)程中，A對(duì)B的壓力向下 C．若考慮空氣阻力，下落過(guò)程中，B對(duì)A的壓力向上 D．若不計(jì)空氣阻力，下落過(guò)程中，B對(duì)A沒(méi)有壓力 解析：若不計(jì)空氣阻力，A、B兩物體的加速度均為g，故B和A均只受重力，A、B間無(wú)彈力，A錯(cuò)，D對(duì)．若考慮阻力，上升過(guò)程中，A、B兩物體的加速度均大于g，B受到A向下的壓力，B正確．在下落過(guò)程中，A、B的加速度均小于g，B受到A向上的支持力，C錯(cuò)． 答案：BD 5．(2020年山東卷)某物體做直線運(yùn)動(dòng)的v－t圖象如圖

5、16甲所示，據(jù)此判斷圖乙(F表示物體所受合力，x表示物體的位移)四個(gè)選項(xiàng)中正確的是 (　　) 圖16 解析：由v－t圖象知，0～2 s勻加速，2～4 s勻減速，4～6 s反向勻加速，6～8 s勻減速，且2～6 s內(nèi)加速度恒定，由此可知：0～2 s內(nèi)，F(xiàn)恒定，2～6 s內(nèi)，F(xiàn)反向，大小恒定，6～8 s內(nèi)，F(xiàn)又反向且大小恒定，故B正確． 答案：B 6．如圖17甲所示，在粗糙水平面上，物體A在水平向右的外力F的作用下做直線運(yùn)動(dòng)，其速度—時(shí)間圖象如圖17乙所示，下列判斷正確的是 (　　) 圖17 A．在0～1 s內(nèi)，外力F不斷增大 B．在1 s～3 s內(nèi)，外力F的大小恒定

6、C．在3 s～4 s內(nèi)，外力F不斷減小 D．在3 s～4 s內(nèi)，外力F的大小恒定 解析：在0～1 s內(nèi)，物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，外力F恒定，故A錯(cuò)．在1 s～3 s內(nèi)，物體做勻速運(yùn)動(dòng)，外力F也恒定，B正確．在3 s～4 s內(nèi)，物體做加速度增大的減速運(yùn)動(dòng)，所以外力F不斷減小，C對(duì)D錯(cuò)． 答案：BC 7．(2020年廣東卷)伽利略在著名的斜面實(shí)驗(yàn)中，讓小球分別沿傾角不同，阻力很小的斜面從靜止開(kāi)始滾下，他通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察和邏輯推理，得到的正確結(jié)論有 (　　) A．傾角一定時(shí)，小球在斜面上的位移與時(shí)間成正比 B．傾角一定時(shí)，小球在斜面上的速度與時(shí)間成正比 C．斜面長(zhǎng)度一定時(shí)，小球從頂端滾到底

7、端時(shí)的速度與傾角無(wú)關(guān) D．斜面長(zhǎng)度一定時(shí)，小球從頂端滾到底端所需的時(shí)間與傾角無(wú)關(guān) 解析：本題以歷史上和高中物理中著名的伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)為依托，考查應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解題的能力．小球下滑的加速度a＝gsinθ ① 下滑過(guò)程小球速度v＝at＝gsinθ·t ② 位移x＝at2＝gsinθ·t2 ③ 滑到斜面底端時(shí)v2＝2aL＝2gsinθ·L(L為斜面的長(zhǎng)度) ④ 由這幾式看出，當(dāng)θ一定時(shí)，v∝t，x∝t2；當(dāng)斜面長(zhǎng)度一定時(shí)，v2∝sinθ，t2∝，所以A、C、D項(xiàng)均錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確． 答案：B 8．如圖18所示，底板光滑的小車上用兩個(gè)量程為20 N，完

8、全相同的彈簧測(cè)力計(jì)甲和乙系住一個(gè)質(zhì)量為1 kg的物塊，在水平地面上，當(dāng)小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)均為10 N，當(dāng)小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)甲的示數(shù)為8 N，這時(shí)小車運(yùn)動(dòng)的加速度大小是 (　　) 圖18 A．2 m/s2 B．4 m/s2 C．6 m/s2 D．8 m/s2 解析：小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，物塊隨小車也做勻速直線運(yùn)動(dòng)，兩彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)均為10 N，形變相同，彈簧測(cè)力計(jì)甲的示數(shù)變?yōu)? N，形變減小Δx，彈簧測(cè)力計(jì)乙形變要增加Δx，因此彈簧測(cè)力計(jì)乙的示數(shù)為12 N，物塊受到的合外力為4 N，故加速度的大小是a＝＝ m/s2＝4

9、m/s2. 答案：B 二、計(jì)算題 9．如圖19所示，質(zhì)量m＝1 kg的球穿在斜桿上，斜桿與水平方向成α＝30°角，球與桿之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝，球受到豎直向上的拉力F＝20 N．則球的加速度為多少？(g取10 m/s2) 圖19 解析：球受重力G、桿的支持力FN、桿的摩擦力Ff和豎直向上的拉力四個(gè)力的作用(如圖20所示)，建立直角坐標(biāo)系，則由牛頓第二定律得 圖20 Fsin30°－Gsin30°－Ff＝ma Fcos30°－Gcos30°－FN＝0 Ff＝μFN 聯(lián)立以上各式即可解得a＝2.5 m/s2. 答案：2.5 m/s2 10．表演“頂桿”雜技

10、時(shí)，一個(gè)人站在地上(稱為“底人”)肩上扛一長(zhǎng)L＝6 m，質(zhì)量m1＝15 kg的竹竿，一質(zhì)量m2＝45 kg的演員(可當(dāng)質(zhì)點(diǎn)處理)在竿頂從靜止開(kāi)始先勻加速再勻減速下滑，下滑時(shí)加速度大小相等，下滑的總時(shí)間為t＝3 s，演員恰從桿頂滑至桿底部．求： (1)演員下滑過(guò)程中的最大速度； (2)演員在減速下滑過(guò)程中竹竿對(duì)“底人”的壓力． 解析：(1)演員下滑到加速階段結(jié)束時(shí)速度最大，設(shè)為v，則v＝2＝2＝4 m/s. (2)減速階段對(duì)演員有：Ff－m2g＝m2a 得Ff＝m2(g＋a)＝570 N. 根據(jù)牛頓第二定律得竹竿對(duì)“底人”壓力為FN＝Ff＋m1g，代入數(shù)據(jù)FN＝720 N 答案：(

11、1)4 m/s　(2)720 N 11．青島海濱游樂(lè)場(chǎng)有一種滑沙娛樂(lè)活動(dòng)如圖21所示，人坐在滑板上從斜坡高處A點(diǎn)由靜止開(kāi)始下滑，滑到斜坡底部B點(diǎn)后沿水平滑道再滑行一段距離到C點(diǎn)停下來(lái)，若忽略B處對(duì)速度大小的影響，板與滑道的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ＝0.5，不計(jì)空氣阻力，g取10 m/s2. (1)若斜坡傾角θ＝37°，人和滑塊的總質(zhì)量為m＝60 kg，求人在斜坡上下滑時(shí)的加速度大小．(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8) 圖21 (2)若由于受到場(chǎng)地的限制，A點(diǎn)到C點(diǎn)的水平距離為50 m，為確保人身安全，請(qǐng)你設(shè)計(jì)斜坡的高度． 解析：(1)在斜坡上下滑時(shí)，由牛頓第二定律可知：

12、 mgsinθ－Ff＝ma① FN－mgcosθ＝0② Ff＝μFN③ 解①②③得a＝gsinθ－μgcosθ＝2 m/s2 (2)設(shè)斜坡傾角為θ，坡的最大高度為h，滑到B點(diǎn)時(shí)速度為v，則v2＝2a④ 由于沿BC滑動(dòng)時(shí)的加速度為a′＝μg 則xBC＝v2/(2a′) 為確保安全，則有xBC＋hcotθ≤50 解得h≤25 m，即斜坡高度不應(yīng)高于25 m. 答案：(1)2 m/s2　(2)不高于25 m 12．(2020年安徽卷)在2020年北京殘奧會(huì)開(kāi)幕式上，運(yùn)動(dòng)員手拉繩索向上攀登，最終點(diǎn)燃了主火炬，體現(xiàn)了殘疾運(yùn)動(dòng)員堅(jiān)韌不拔的意志和自強(qiáng)不息的精神．為了探求上升過(guò)程中運(yùn)動(dòng)

13、員與繩索和吊椅間的作用，可將過(guò)程簡(jiǎn)化．一根不可伸縮的輕繩跨過(guò)輕質(zhì)的定滑輪，一端掛一吊椅，另一端被坐在吊椅上的運(yùn)動(dòng)員拉住，如圖22所示．設(shè)運(yùn)動(dòng)員的質(zhì)量為65 kg，吊椅的質(zhì)量為15 kg，不計(jì)定滑輪與繩子間的摩擦，重力加速度取g＝10 m/s2.當(dāng)運(yùn)動(dòng)員與吊椅一起正以加速度a＝1 m/s2上升時(shí)，試求： 圖22 (1)運(yùn)動(dòng)員豎直向下拉繩的力； (2)運(yùn)動(dòng)員對(duì)吊椅的壓力． 解析：解法1：(1)設(shè)運(yùn)動(dòng)員和吊椅的質(zhì)量分別為M和m，繩拉運(yùn)動(dòng)員的力為F.以運(yùn)動(dòng)員和吊椅整體為研究對(duì)象，受到重力的大小為(M＋m)g，向上的拉力為2F，根據(jù)牛頓第二定律有2F－(M＋m)g＝(M＋m)a 解得：

14、F＝440 N 根據(jù)牛頓第三定律，運(yùn)動(dòng)員拉繩的力的大小為440 N，方向豎直向下． (2)以運(yùn)動(dòng)員為研究對(duì)象，運(yùn)動(dòng)員受到三個(gè)力的作用，重力大小為Mg，繩的拉力F，吊椅對(duì)運(yùn)動(dòng)員的支持力FN.根據(jù)牛頓第二定律F＋FN－Mg＝Ma 解得FN＝275 N 根據(jù)牛頓第三定律，運(yùn)動(dòng)員對(duì)吊椅壓力大小為275 N，方向豎直向下． 解法2：設(shè)運(yùn)動(dòng)員和吊椅的質(zhì)量分別為M和m；運(yùn)動(dòng)員豎直向下的拉力大小為F，對(duì)吊椅的壓力大小為FN. 根據(jù)牛頓第三定律，繩對(duì)運(yùn)動(dòng)員的拉力大小為F，吊椅對(duì)運(yùn)動(dòng)員的支持力大小為FN.分別以運(yùn)動(dòng)員和吊椅為研究對(duì)象，根據(jù)牛頓第二定律 F＋FN－Mg＝Ma① F－FN－mg＝ma② 由①②得F＝440 N　FN＝275 N 答案：(1)運(yùn)動(dòng)員拉繩的力大小為440 N，方向豎直向下． (2)運(yùn)動(dòng)員對(duì)吊椅的壓力大小為275 N，方向豎直向下．