假期必刷38 牛顿第二定律的综合应用-【快乐假期必刷题】2025年高二物理暑假作业必刷题

　　　假期必刷３８　牛顿第二定律的综合应用　　　　　　　　　 １．做好两个分析:(１)受力分析,表示出合力与 分力的关系;(２)运动过程分析,表示出加速 度与各运动量的关系． ２．熟悉两种处理方法:合成法和正交分解法． ３．把握一个关键:求解加速度是解决问题的 关键． ４．能用牛顿运动定律解释生产生活中的有关 现象． １．图示为河北某游乐园 中的一个游乐项目“大 摆锤”,该项目会让游 客体会到超重与失重 带来的刺激．以下关于该项目的说法正确 的是 (　　) A．当摆锤由最高点向最低点摆动时,游客 会体会到失重 B．当摆锤由最高点向最低点摆动时,游客 会体会到超重 C．当摆锤摆动到最低点时,游客会体会到 明显的超重 D．当摆锤摆动到最低点时,游客会体会到 完全失重 ２．(２０２４􀅰北京卷)如图所示,飞船与空间站对 接后,在推力F 作用下一起向前运动．飞船 和空间站的质量分别为m 和M,则飞船和 空间站之间的作用力大小为 (　　) A． MM＋mF　　　　　B． m M＋mF C．MmF D． m MF ３．水平地面上方A 处有一小物块, 在竖直向上的恒力 F 作用下由 静止开始竖直向上运动,如图所 示．经过时间t到达B 处,此时撤去力F, 又经过２t时间物块恰好落到地面．已知 重力加速度大小为g,A 处离地面的高度 h＝１２ gt ２,忽 略 空 气 阻 力,则 物 块 的 质 量为 (　　) A．５F８g　 B． F g　 C． ３F ８g　 D． F ２g ４．将一个质量为１kg的小球 竖直向上抛出,最终落回抛 出点,运动过程中所受阻力 大小恒定,方向与运动方向相反．该过程的vＧt 图像如图所示,g取１０m/s２．下列说法正确 的是 (　　) A．小球所受重力和阻力之比为６∶１ B．小球上升与下落所用时间之比为２∶３ C．小球回落到抛出点的速度大小为８ ６m/s D．小球下落过程,受到向上的空气阻力,处 于超重状态 ５．如图所示,飞机场运输 行李的倾斜传送带保 持恒定的速率向上运 行,将行李箱无初速度 地放在传送带底端,当传送带将它送入飞机 货舱前行李箱已做匀速运动．假设行李箱与 传送带之间的动摩擦因数为μ,传送带与水 平面的夹角为θ,已知滑动摩擦力近似等于 最大静摩擦力,下列说法正确的是 (　　) 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 ６７ A．要实现这一目的前提是μ＜tanθ B．做匀速运动时,行李箱与传送带之间的 摩擦力为零 C．全过程传送带对行李箱的摩擦力方向沿 传送带向上 D．若增加传送带速度足够大,可以无限缩 短传送的时间 ６．(２０２４􀅰安徽卷)倾角为θ的 传送带以恒定速率v０ 顺时 针转动．t＝０时在传送带底 端无初速轻放一小物块,如图所示．t０ 时刻 物块运动到传送带中间某位置,速度达到 v０．不计空气阻力,则物块从传送带底端运 动到顶端的过程中,加速度a、速度v随时 间t变化的关系图线可能正确的是 (　　) 　　　A　　　　　B　　　　　　C　　　　　　D ７．如图所示,一质量为１kg 的小 型 遥 控 无 人 机,在 F＝１６N的恒定升力作用 下竖直起飞,经过３s后,无人机达到最大 速度６m/s,改变升力,此后无人机匀速上 升．假设无人机竖直飞行时所受的阻力大小 不变,重力加速度 g 取 １０ m/s２．则 该 无 人机 (　　) A．起飞时的加速度大小为４m/s２ B．在竖直上升过程中所受阻力的大小为２N C．竖直向上加速阶段位移大小为１２m D．上升至离地面３０m 处所需的最短时间 为６􀆰５s ８．(科技情境)随着科技的发展,我国未来的航 空母舰上将安装电磁弹射器以缩短飞机的 起飞距离．如图,某航空母舰的水平跑道总 长为l,其中电磁弹射区安装有直线电机,该 电机可提供４􀆰０×１０４ N 的恒定牵引力．一 架质量m＝２􀆰０×１０４kg的飞机,其喷气式 发动机可以提供１􀆰２×１０５ N 的恒定推力． 假设飞机在跑道所受阻力大小恒为飞机重 力的０􀆰２倍,在跑道末端离舰起飞的速度 v２＝３６m/s,飞机在跑道上的后阶段运动的 时间比弹射区运动的时间多４s．设航空母 舰始终处于静止状态,飞机可看作质量恒定 的质点,重力加速度g＝１０m/s２,求: (１)飞机离开电磁弹射区的速度大小v１; (２)跑道的总长度l． 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 ７７ ８．D　[受力分析如图,当挡板逆时针缓慢转动到水平位置时, 挡板对球的支持力逐渐增大,斜面对球的支持力逐渐减小． 故选 D．] 素养培优 ９．B　[对拖把受力分析,如图所示,拖把受到 重力mg,地板的支持力 N１,人对拖把杆向 下的力F１,地板对拖把的摩擦力f１,则 N１ ＝mg＋F１sin５３°,拖把匀速运动,则有f１＝ F１cos５３°,又f１＝μN１,解得拖把与地板间的 动摩擦因数为μ＝ ３ １４． 当给拖把施加更大的 力后,拖把受到地板的支持力变大,摩擦力将增大,支持力N２＝ mg＋F２sin５３°,摩擦力f２＝μN２,解得f２≈７􀆰７N,选项B正确．] 假期必刷３７ 素养训练 １．A　[亚里士多德认为物体的运动需要力来维持,没有力,物 体将停止运动．伽利略推理,一个物体做匀速直线运动,不需 要力来维持,与亚里士多德的观点相反,故 A 正确;两物体 从同一高度自由下落,下落速度应该是一样快,而认为两物 体从同一高度自由下落,较重的物体下落较快,这和亚里士 多德的观点相同,故 B错误;物体受的力越大,速度改变越 快,但速度不一定越大;四匹马拉的车比两匹马拉的车跑得 快,而认为物体受的力越大,速度就越大,这和亚里士多德的 观点相同,故 C错误;一个运动的物体,如果不再受力了,它 总会逐渐停下来,这说明静止状态才是物体长时间不受力时 的“自然状态”,这和亚里士多德的观点相同;事实上一个运 动的物体,如果不再受向前的推力,它总会逐渐停下来,其实 是因为摩擦阻力改变了它的运动状态,故 D错误．] ２．B　[两枚鸡蛋撞击时,蛋壳之间存在一对相互作用力,被打 击的鸡蛋蛋壳所受撞击力大于抗破强度则被打碎．主动打击 的鸡蛋蛋壳在撞击时除了受撞击力外,还要受到本身蛋清 (由于惯性)给的一个与撞击力方向相反的力,所以当其合力 达到抗破强度时,蛋壳才会破．故在打击力不是太大的情况 下,主动打击的鸡蛋不容易破,被打击的鸡蛋破了．] ３．D　[压力是人对体重计的力,重力是地球对人的力,不是同 一个力,故 A错误;平衡力是作用在同一物体上,大小相等, 方向相反的一对力,人对体重计的压力和重力大小相等方向 相同,它们不是平衡力也不是相互作用力,故 B错误;人对 体重计的压力和体重计对人的支持力是一对相互作用力,故 等大反向,体重计对人的支持力和重力是一对平衡力,故等 大反向,故压力的大小等于重力,故 D正确,C错误．] ４．C　[由图可知相等时间内铁质小圆盘的位移先增大 后 减 小,可知铁质小圆盘的速度先增大后减小,以向下为正方向, 即铁质小圆盘的加速度先正后负,根据牛顿第二定律G－f ＝Gg 􀅰a,可知f先小于G,后大于G．] ５．AD　[地球对人的吸引力和人对地球的吸引力是一对相互作 用力,等大反向,A正确;相互作用力是两个物体间的相互作用, 而人受到的重力和人受到气流的力涉及人、地球、气流三个物 体,不是一对相互作用力,B错误;由于风洞喷出竖直向上的气 流将实验者加速向上“托起”,在竖直方向上合力不为零,所以人 受到的重力大小不等于气流对人的作用力大小,C错误;人被向 上“托起”时加速度向上,处于超重状态,D正确．] ６．C　[甲、乙两种情境中,小球静止时,轻 杆对小球与轻弹簧对小球的作用力都 是水平向右,如图所示,由平衡条件得 细绳的拉力大小都为 T＝ mgcos５３°＝ ５ ３ mg,故 A 错误;题图甲所示的情境中, 细绳烧断瞬间,小球即将做圆周运动, 所以小球的加速度大小为a１＝g,题图乙所示的情境中,细 绳烧断瞬间弹簧的弹力不变,则小球所受的合力与烧断前细 绳拉力的大小相等、方向相反,则此瞬间小球的加速度大小 为a２＝ T m ＝ ５ ３g ,故 C正确,B、D错误．] ７． ８．B　[力传感器的读数为２mg时,弹簧对物块B 的压力大小为 FN＝２mg－mgsinα＝ ３ ２mg ,此时物块A 沿斜面方向受到的合 力为F′＝FN－mgsinα＝mg,加速度大小为a＝ F′ m ＝g． ] 素养培优 ９．D　[人(含装置)所受的重力和装置向下喷水的力作用在两 个物体上,不是平衡力,故 A 错误;人(含装置)所受的重力 施力物体是地球,受力物体是人(含装置),装置向下喷水的 力施力物体是装置,受力物体是水,这里涉及了多个物体,不 是相互作用力,故B错误;惯性只与质量有关,故惯性不变, 故 C错误;人在匀速上升的过程中,动能不变,重力势能增 大,机械能增加,故 D正确．] 假期必刷３８ 素养训练 １．C　[当摆锤由最高点向最低点摆动时,先具有向下的加速 度分量,后有向上的加速度分量,即游客先体会到失重后体 会到超重．当摆锤摆动到最低点时,具有方向向上的最大加 速度,此时游客体会到明显的超重．故选项 C正确．] ２．A　[根据题意,对整体应用牛顿第二定律有F＝(M＋m)a, 对空间站分析有F′＝Ma, 解两式可得飞船和空间站之间的作用力F′＝ MM＋mF． ] ３．A　[物块在力F 作用下做初速度为零的匀加速直线运动,设 加速度大小为a,上升高度为h１,末速度大小为v１,则h１＝ １ ２at ２,v１＝at;撤去力F 后物块做竖直上抛运动,则－(h１＋h) ＝v１􀅰２t－ １ ２g (２t)２,联立解得a＝３５g ,根据牛顿第二定律有F －mg＝ma,得m＝５F８g ,A正确．] ４．C　[小球向上做匀减速运动的加速度大小a１＝１２m/s ２,根 据牛顿第二定律得 mg＋F阻 ＝ma１,解得阻力 F阻 ＝ma１－ mg＝２N,则重力和阻力大小之比为５∶１,故选项 A 错误; 小球 下 降 的 加 速 度 大 小 a２ ＝ mg－F阻 m ＝ １０－２ １ m /s２ ＝ ８m/s２,根据x＝１２at ２ 得t＝ ２xa ,知上升的时间和下落的 时间之比为t１∶t２＝ a２∶ a１＝ ６∶３,故选项 B错误;小 球匀减速上升的位移x＝１２×１２×２ ２ m＝２４m, 根据v２＝２a２x得,v＝ ２a２x＝ ２×８×２４m/s＝８ ６m/s, 故选项 C正确;下落的过程中,加速度向下,小球处于失重 状态,故选项 D错误．] 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 ２３１ ５．C　[要实现这一目的前提是沿传送带向上的最大静摩擦力 大于重力沿传送带向下的分力,即μmgcosθ＞mgsinθ 可得μ＞tanθ故 A错误;做匀速运动时,行李箱与传送带之 间的摩擦力为f＝mgsinθ,故B错误;行李箱在加速阶段和 匀速阶段受到的摩擦力均沿传送带向上,故选项 C正确;若 增加传送带速度足够大,行李箱在传送带上一直做匀加速运 动,传送时间不会无限缩短,故 D错误．] ６．C　[０~t０ 时间内:物体轻放在传送带上,做加速运动．受力 分析可知,物体受重力、支持力、滑动摩擦力,滑动摩擦力大 于重力的下滑分力,合力不变,故做匀加速运动．t０ 之后:当 物块速度与传送带相同时,静摩擦力与重力的下滑分力相 等,加速度 突 变 为 零,物 块 做 匀 速 直 线 运 动．C 正 确,ABD 错误．] ７．D　[由题意知无人机以恒定升力起飞时的加速度a＝ΔvΔt＝ ２m/s２,选项 A错误;由牛顿第二定律F－Ff－mg＝ma,解 得Ff＝４N,选项B错误;竖直向上加速阶段x１＝ １ ２at ２ １,解 得x１＝９m,选项 C错误;匀速阶段t２＝ h－x１ v ＝３􀆰５s ,无人 机从地面起飞竖直上升至离地面h＝３０m 处所需的最短时 间t＝t１＋t２＝６􀆰５s,选项 D正确．] 素养培优 ８．解析:(１)由题知阻力Ff＝０􀆰２mg＝４×１０ ４ N．第一阶段由牛 顿第二定律有F１＋F２－Ff＝ma１, a１＝ F１＋F２－Ff m ＝６􀆰０m /s２, 第二阶段由牛顿第二定律有a２＝ F２－Ff m , 解得a２＝４􀆰０m/s ２, 由匀加速运动速度公式得v１＝a１t１, v２＝v１＋a２t２, t２－t１＝４s, 代入数值解得v１＝１２m/s． (２)由匀加速运动公式得v２１＝２a１x, 解得x＝１２m, 由匀加速运动公式得v２２＝v ２ １＋２a２x１ 代入数值解得x１＝１４４m l＝x＋x１＝１５６m． 答案:(１)１２m/s　(２)１５６m 假期必刷３９ 素养训练 １．A　[两个分运动是匀速直线运动,则合运动一定是匀速直 线运动,选项 A 正确;两个分运动是匀加速直线运动,则合 运动不一定是匀加速直线运动,选项 B错误;合运动的速度 比分运动的速度可能大,也可能小,也可能相等,选项 C 错 误;合运动与分运动具有等时性,选项 D错误．] ２．B　[当乒乓球经过纸筒口时,对着乒乓球横向吹气,乒乓球 所受合力的方向与速度方向不在同一条直线上,乒乓球做曲 线运动,故乒乓球会偏离原有的运动路径;而乒乓球会获得 一个横向的速度,此速度与乒乓球原有的速度合成一个斜向 左下方的合速度,因此乒乓球将向左下方运动但不进入纸 筒;故 ACD错误,B正确．故选B．] ３．C　[０~２s时间内,无人机在水平方向做匀加速运动,在竖 直方向也做匀加速运动,但初速度沿水平方向,合加速度与 速度方向有夹角,因此,无人机做匀加速曲线运动,故选项 A 错误;２~４s时间内,无人机在水平方向做匀速直线运动,在 竖直方向做匀减速直线运动,则合运动为匀变速曲线运动, 故选项B错误;０~４s时间内,竖直方向速度一直为正,即一 直向上运动,t＝４s时刻,竖直方向速度为０,所以,此时无人 机运动到最高点,故选项C正确;０~５s内,无人机的水平位 移为９m,竖直位移为１􀆰７５m,则合位移为 x２＋y２,不等 于９m,选项 D错误．] ４．B　[根据运动的独立性,小球在竖直上抛运动的过程中,小 船以１􀆰０m/s的速度匀速前行,由运动学知识h＝１２gt ２,小 球上升的时间t＝０􀆰３s,从小球上抛到再次落入手中的时间 为２t,则小船前进的距离为x＝v􀅰２t＝１􀆰０×２×０􀆰３m＝ ０􀆰６m．B正确．] ５．C　[由题图甲可知质点在x 方向上做匀速直线运动,在y 方向做匀减速直线运动,则其合运动应为匀变速曲线运动, A错误;t＝０时刻质点在x方向上的速度为vx＝ ６－２ ２ m /s ＝２m/s,y方向上的速度为vy＝６m/s,根据平行四边形定 则,则初速度的大小v０＝ vx ２＋vy ２＝２ １０m/s,B错误; 质点在x方向做匀速直线运动,加速度为零,则质点的加速 度即为y方向的加速度,根据v－t图像的斜率的绝对值等 于加速度大小,则有a＝ ΔvΔt ＝ ６ ２ m /s２＝３m/s２,D错误; 质点在x方向上做匀速运动,t＝２s时位移为x＝vxt＝２×２ m＝４m,则在x轴方向的位移为２m＋４m＝６m,质点在y 方向做匀减速直线运动,t＝２s时在y轴方向的位移为y＝ vyt－ １ ２at ２＝６×２m－１２×３×２ ２ m＝６m,则质点的位置坐 标为(６m,６m),C正确．] ６．B　[当船头垂直于河岸渡河时,时间最短,则最短渡河时间 t＝dv船 ＝２０s,故 A错误;由几何关系知实际渡河的位移为x ＝ dsin６０°＝ ２００ ３ ３ m ,故 C错误;船沿着河岸方向的位移x１ ＝xcos６０°＝１００ ３３ m ,则河水的速度v水 ＝ x１ t ＝ ５ ３ ３ m /s, 故B正确;因为v船 ＞v水 ,调整船头斜向上游方向,船可以到 达正对岸,故 D错误．] ７．B　[当船头的方向与河岸垂直时,渡河时间最短,小船渡河 的最短时间为t＝dv船 ＝１５s,A 错误,B正确;因为小船在静 水中的速度小于水流速度,那么船不能垂直渡河,但能渡过 河,当合速度的方向与静水中的速度方向垂直时,渡河位移 最短,设此时合速度的方向与河岸的夹角为θ,有sinθ＝ v船 v ＝４５ ,则渡河的最小位移为x＝ dsinθ＝ １２０ ４ ５ m＝１５０m,C、D 错误．] ８．B　[船渡河的最短时间是tmin＝ d vc ＝３００３ s＝１００s ,选项 A 错误;船按渡河时间最短的方式渡河时,船在行驶过程中,船 头必须始终与河岸垂直,选项 B正确;船在河水中航行的最 大速度是vm＝ v ２ c＋v ２ sm＝ ３ ２＋４２ m/s＝５m/s,选项 C错 误;因河水速度不断变化,则合速度方向不断变化,则船在河 水中航行的轨迹不是一条直线,选项 D错误．] ９．AC　[将车速v沿着钢丝方向和垂直于钢丝的方向分解可 知,在沿着钢丝方向的速度为v∥ ＝vcos３７°,所以演员上升 的速度为v演员 ＝vcos３７°＝４m/s,故 A正确,B错误;设连接 轨道车的钢丝与水平方向的夹角为θ,则演员的速度v演员 ＝ vcosθ,θ不断减小,可知演员在加速上升,则演员处于超重 状态,故 C正确,D错误．] １０．C　[对于A,它的速度如图中标出的v, 这个速度看成是A 的合速度,其分速度 分别是v１、v２,其中v２ 就是B 的速率(沿 同一根 绳 子 方 向 的 速 度 大 小 相 同),故 刚开始上升时B 的速度vB＝vcosθ,故 A错误;由于 A 匀速上升,θ增大,所以 vB 减小,故B错误;B 做减速运动,处于 超重状态,绳对B 的拉力大于B 的重力,故C正确;当A 运 动至位置 N 时θ＝９０°,所以vB＝０,故 D错误．] 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 ３３１