内容正文:
2027年高考物理一轮命题点梳理与真题实战
命题点01 牛顿第一定律 1
一、力与运动关系的认识 1
二、牛顿第一定律 1
三、惯性 1
命题点02 牛顿第二定律 2
一、牛顿第二定律 2
二、两类基本动力学问题的求解步骤 2
三、超重和失重 3
四、瞬时类问题 4
五、连接体问题 4
六、等时圆模型 5
七、临界值问题 6
八、板块问题 6
九、传动带问题 9
十、图像问题 10
命题点03 牛顿第三定律 11
一、作用力和反作用力 11
二、牛顿第三定律 11
三、作用力与反作用力和一对平衡的辨析 11
【真题实战】 12
【牛顿第一定律】(1T-4T) 12
【牛顿第二定律】(5T-24T) 13
【牛顿第三定律】(25T-29T) 24
【力学单位制】(30T-34T) 27
【超失重问题】(35T-38T) 29
【两类基本问题】(39T-46T) 30
【连接体模型】(47T-54T) 35
【传送带与板块模型】(55T-68T) 40
【牛顿定律与图像的结合】(69T-71T) 54
第04讲 牛顿运动定律
命题点01 牛顿第一定律
一、力与运动关系的认识
1.历史上的观点:亚里士多德、伽利略、笛卡尔及牛顿对力与运动关系的认识。
2.理想实验:它是在经验事实基础上采用科学的抽象思维来展开的实验,是人们在思想上塑造的理想过程.
二、牛顿第一定律
1.内容:一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态为止.
2.对牛顿第一定律的理解
①牛顿第一定律揭示了运动和力的关系,运动是物体的一种属性,物体的运动不需要力来维持。
②运动状态的改变指速度的改变,速度改变则必有加速度,故力是改变物体运动状态的原因,或称力是产生加速度的原因.
②保持静止或匀速直线运动状态是物体的固有属性,这一属性称为惯性,因此牛顿第一定律也叫作惯性定律.
③牛顿第一定律不能用实验直接验证.不受力的物体是不存在的.牛顿第一定律是在可靠的实验事实(如伽利略斜面实验)基础上采用科学的逻辑推理得出的结论.它告诉了人们研究物理问题的另一种新方法:通过观察大量的实验现象,利用人的逻辑思维,从大量现象中寻找事物的规律.
④牛顿第一定律是牛顿第二定律的基础,不能简单地认为它是牛顿第二定律不受外力时的特例,牛顿第一定律告诉我们改变运动状态需要力,力是如何改变物体运动状态及他们的定量关系则由牛顿第二定律来回答。牛顿第一定律是经过科学抽象、归纳推理总结出来的,而牛顿第二定律是一条实验定律。
三、惯性
1.定义:物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质.
2.决定因素:质量是物体惯性大小的唯一量度, 与物体是否受力、是否运动及所处的位置无关.
3.对惯性的理解:惯性是物体的固有属性,是物体固有的,即一切物体都有惯性,与物体的受力情况及运动状态无关.物体的惯性总是以“保持原状”“反抗改变”两种形式表现出来,人们只能“利用”惯性而不能“克服”惯性.
4.惯性的表现形式
①物体不受外力或所受的合外力为零时,惯性表现为物体保持匀速直线运动状态或静止状态.
②物体受到外力且合外力不为零时,惯性表现为物体运动状态改变的难易程度.惯性越大,物体的运动状态越难改变.
命题点02 牛顿第二定律
一、牛顿第二定律
1.定义:物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比,跟它的质量成反比,加速度的方向跟作用力的方向相同.
2.表达式:
3.对牛顿第二定律的理解
①牛顿第二定律定量揭示了力与运动的关系,即知道了力,可根据牛顿第二定律,分析出物体的运动规律;反过来,知道了运动,可根据牛顿第二定律研究其受力情况。牛顿第二定律为设计运动,控制运动提供了理论基础.
②因果性:对牛顿第二定律的数学表达式,是力,力是产生加速度的原因,加速度是作用的结果,是力的作用效果,
③加速度的方向由物体所受合外力的方向决定,二者总是相同.即任一瞬间,a的方向均与合外力方向相同.
④瞬时性:牛顿第二定律揭示的是力的瞬间效果,对运动过程的每一瞬间成立,且瞬时力决定瞬时加速度.即作用在物体上的力与它的效果是瞬时对应关系,物体在某一时刻加速度的大小和方向是由该物体在这一时刻所受到的合外力的大小和方向决定的,力变加速度就变,力撤除加速度就为零.注意力的瞬间效果是加速度而不是速度,加速度可以突变,速度不能突变.
④矢量性:牛顿第二定律,是矢量,也是矢量,且与 的方向总是一致的.
⑤独立性:可以进行合成与分解,也可以进行合成与分解. 作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都满足;力和加速度在各个方向上的分量也满足,即,;物体的实际加速度等于每个力产生的加速度的矢量和;
⑥同一性:加速度a是相对同一个惯性参考系(一般指地面)的;中、、对应同一个物体或同一个系统,且各量统一使用国际单位。
4. 牛顿运动定律的适用范围:宏观低速的物体和在惯性系中。
二、两类基本动力学问题的求解步骤
1.确定研究对象:根据问题需要和解题方便,选择某个物体或某几个物体组成的系统整体为研究对象.
2.分析受力情况和运动情况:画好示意图、情景示意图,明确物体的运动性质和运动过程;
3.选取正方向或建立坐标系:通常以初速度方向为正方向,若无初速度则以加速度的方向为某一坐标轴的正方向.
4.确定题目类型:
①已知运动求力类问题→确定加速度:寻找题目中3个运动量(),根据运动学公式()求解
②已知力求运动类问题→确定合力:若以物体只受到两个力作用,通常用合成法;若受到3个及3个以上的力,一般用正交分解法.求解
5.列方程求解剩下物理量:根据牛顿第二定律或者列方程求解,必要时对结果进行讨论
【技巧点拨】解题关键
①两类分析——物体的受力分析和物体的运动过程分析;
②两个桥梁——加速度是联系运动和力的桥梁;速度是各物理过程间相互联系的桥梁.
三、超重和失重
1.实重和视重
①实重:物体实际所受的重力,与物体的运动状态无关.
②视重:当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时,弹簧测力计或台秤的示数称为视重.
2.超重:物体有向上的加速度称物体处于超重.处于超重的物体对支持面的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体的重力,即.可能情况:①加速上升;②减速下降。
3.失重:物体有向下的加速度称物体处于失重.处于失重的物体对支持面的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体的重力.即.可能情况:①加速下降;②减速上升。
4.完全失重:当时,物体处于完全失重.可能情况:①自由落体和所有的抛体运动;②绕地球做匀速圆周运动的卫星、飞船等。
5.判断超重和失重的方法
①从受力的角度判断:当物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力时,物体处于超重状态;小于重力时,物体处于失重状态;等于零时,物体处于完全失重状态.
②从加速度的角度判断:当物体具有向上的(分)加速度时,物体处于超重状态;具有向下的(分)加速度时,物体处于失重状态;向下的加速度等于重力加速度时,物体处于完全失重状态.
【技巧点拨】
①不管物体处于失重状态还是超重状态,物体本身的重力并没有改变,只是物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)不等于物体本身的重力.
②超重或失重现象与物体的速度、速度变化和运动方向均无关,只决定于加速度的方向.“加速上升”和“减速下降”都是超重;“加速下降”和“减速上升”都是失重.
③在完全失重的状态下,平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失,如单摆停摆、天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生压强等.
四、瞬时类问题
1.解题依据:当物体所受合外力发生变化时,加速度也随着发生变化,而物体运动的速度不能发生突变.
2.两种基本模型的特点
①刚性绳(或接触面)模型:这种不发生明显形变就能产生弹力的物体,剪断(或脱离)后,形变恢复几乎不需要时间,故认为弹力可以立即改变或消失.
②弹簧(或橡皮绳)模型:此种物体的特点是形变量大,形变恢复需要较长时间,在瞬时问题中,在弹簧(或橡皮绳)的自由端连接有物体时其弹力的大小不能突变,往往可以看成是瞬间不变的.
3.基本方法
①分析原状态(给定状态)下物体的受力情况,明确各力大小.
②分析当状态变化时(烧断细线、剪断弹簧、抽出木板、撤去某个力等),哪些力变化,哪些力不变,哪些力消失(被剪断的绳、弹簧中的弹力、发生在被撤去物体接触面上的弹力都立即消失).
③求物体在状态变化后所受的合外力,利用牛顿第二定律,求出瞬时加速度.
五、连接体问题
1.连接体:两个或两个以上相互作用的物体组成的具有相同运动状态的整体叫连接体.如几个物体叠放在一起,或并排放在一起,或用绳子、细杆等连在一起,在求解连接体问题时常用的方法为整体法与隔离法.
2.常见类型
①物物叠放连接体:两物体通过弹力、摩擦力作用,具有相同的速度和加速度
②轻绳连接体:轻绳在伸直状态下,两端的连接体沿绳方向的速度总是相等.
③轻杆连接体:轻杆平动时,连接体具有相同的平动速度和加速度.
④弹簧连接体:在弹簧发生形变的过程中,两端连接体的速度、加速度不一定相等;在弹簧形变最大时,两端连接体的速度、加速度相等.
3.方法:整体法与隔离法,正确选取研究对象是解题的关键.
①整体法:若连接体内各物体具有相同的加速度,且不需要求系统内各物体之间的作用力,则可以把它们看作一个整体,根据牛顿第二定律,已知合外力则可求出加速度,已知加速度则可求出合外力.
②隔离法:若连接体内各物体的加速度不相同,则需要把物体从系统中隔离出来,应用牛顿第二定律列方程求解.
③若连接体内各物体具有相同的加速度,且需要求物体之间的作用力,则可以先用整体法求出加速度,然后再用隔离法选取合适的研究对象,应用牛顿第二定律求作用力,即“先整体求加速度,后隔离求内力”.
【技巧点拨】力的“分配”
两物块在力F作用下一起运动,系统的加速度与每个物块的加速度相同,如图:
地面光滑
m1、m2与固定接触面间的动摩擦因数相同
以上4种情形中,F一定,两物块间的弹力只与物块的质量有关且.
六、等时圆模型
1.质点从竖直圆环上沿不同的光滑弦上端由静止开始滑到圆环的最低点所用时间相等,如图甲所示;
2.质点从竖直圆环上最高点沿不同的光滑弦由静止开始滑到下端所用时间相等,如图乙所示 ;
3.两个竖直圆环相切且两环的竖直直径均过切点,质点沿不同的光滑弦上端由静止开始滑到下端所用时间相等,如图丙所示.
七、临界值问题
1.临界、极值条件的标志
①有些题目中有“刚好”“恰好”“正好”等字眼,明显表明题述的过程存在着临界点;
②若题目中有“最大”“最小”“至多”“至少”等字眼,表明题述的过程存在着极值,这个极值点往往是临界点.
2.“四种”典型临界条件
①接触与脱离的临界条件:两物体相接触或脱离,临界条件是弹力FN=0.
②相对滑动的临界条件:两物体相接触且相对静止时,常存在着静摩擦力,则相对滑动的临界条件是静摩擦力达到最大值.
③绳子断裂与松弛的临界条件:绳子所能承受的张力是有限度的,绳子断与不断的临界条件是绳中张力等于它所能承受的最大张力,绳子松弛的临界条件是张力FT=0.
④加速度变化时,速度达到最值的临界条件:加速度变为0.
3.解题方法
①极限法:把物理问题(或过程)推向极端,从而使临界现象(或状态)暴露出来,以达到正确解决问题的目的.
②假设法:临界问题存在多种可能,特别是非此即彼两种可能时,或变化过程中可能出现临界条件,也可能不出现临界条件时,往往用假设法解决问题.
③数学法:将物理过程转化为数学表达式,根据数学表达式解出临界条件.
4.解题思路
①认真审题,详细分析问题中变化的过程(包括分析整个过程中有几个阶段);
②寻找过程中变化的物理量;
③探索物理量的变化规律;
④确定临界状态,分析临界条件,找出临界关系.
八、板块问题
1.模型概述:一个物体在另一个物体上,两者之间有相对运动.问题涉及两个物体、多个过程,两物体的运动速度、位移间有一定的关系.
2.解题关键点
①统一参考系:所有物理量和计算以地面作为参考系。
②临界点:当滑块与木板速度相同时,“板块”间的摩擦力可能由滑动摩擦力转变为静摩擦力或者两者间不再有摩擦力(水平面上共同匀速运动),因此速度相同是摩擦力突变的一个临界条件.
3.解题方法
①明确各物体对地的运动和物体间的相对运动情况,确定物体间的摩擦力方向,.
②分别隔离两物体进行受力分析,准确求出各物体在各个运动过程中的加速度(注意两过程的连接处加速度可能突变).
③物体之间的位移(路程)关系或速度关系是解题的突破口.求解中应注意联系两个过程的纽带,即每一个过程的末速度是下一个过程的初速度.
4.常见的两种位移关系
滑块从木板的一端运动到另一端的过程中,若滑块和木板同向运动,则滑离木板的过程中滑块的位移与木板的位移之差等于木板的长度;若滑块和木板相向运动,滑离木板时滑块的位移和木板的位移大小之和等于木板的长度.
【技巧点拨】运动学公式中的位移都是对地位移.
5.常见的模型归纳
模型一:光滑面上外力拉板
加速度
分离
不分离
m2
m1
μ
F
f
光滑
a
f
m1最大加速度a1max=μg
m2加速度a2=(F-μm1g)/m2
条件:a2>a1max
即F>μg(m1+m2)
条件:a2≤a1max即 F≤μg(m1+m2)
整体加速度a=F/(m1+m2)
内力f=m1F/(m1+m2)
模型二:光滑面上外力拉块
加速度
分离
不分离
m2
m1
μ
F
f
光滑
a
f
m2最大加速度a2max=μm1g/m2
m1加速度a1=(F-μm1g)/m1
条件:a1>a2max
即F>μm1g(1+m1/m2)
条件:a2≤a1max
即 F≤μm1g(1+m1/m2)
整体加速度a=F/(m1+m2)
内力f=m2F/(m1+m2)
模型三:粗糙面上外力拉板
不分离(都静止)
不分离(一起加速)
分离
m2
m1
μ1
F
f1
a
f1
μ2
f2
条件:
F≤μ2(m1+m2)g
条件:a2≤a1max
即 μ2(m1+m2)g<F≤(μ1+μ2)g(m1+m2)
整体加速度a=[F-μ2(m1+m2)g)]/(m1+m2)
内力f=m1a[
条件:a2>a1max=μ1g
即F>(μ1+μ2)g(m1+m2)
外力区间范围
F
(μ1+μ2)g(m1+m2)
μ2(m1+m2)g
分离
一起加速
都静止
模型四:粗糙面上外力拉块
μ1m1g>μ2(m1+m2)g
一起静止
一起加速
分离
m2
m1
μ1
F
f1
a
f1
μ2
f2
条件:
F≤μ2(m1+m2)g
条件:
μ2(m1+m2)g<F≤(μ1-μ2)m1g(1+m1/m2)
整体加速度
a=[F-μ2(m1+m2)g)]/(m1+m2)
内力f1=μ2(m1+m2)g+m2a
条件:
a1>a2max=[μ1m1g-μ2(m1+m2)g]/m2
即F>(μ1-μ2)m1g(1+m1/m2)
外力区间范围
F
(μ1-μ2)m1g(1+m1/m2)
μ2(m1+m2)g
分离
一起加速
一起静止
模型五:粗糙面上刹车减速
一起减速
减速分离
m2
m1
μ1
f1
v
f1
μ2
f2
a
m1最大刹车加速度:a1max=μ1g
整体刹车加速度a=μ2g
条件:a≤a1max即μ2≤μ1
条件:a>a1max即μ2>μ1
m1刹车加速度:a1=μ1g
m2刹车加速度:a2=μ2(m1+m2)g-μ1m1g)]/m2
加速度关系:a1<a2
模型五:斜面上的板块模型
斜面上的板块模型是指滑板和滑块一起在斜面上运动的情形,此类问题的处理方法与水平面上的板块模型类似,只是要考虑滑块和滑板的重力在沿斜面方向上的分力对运动的影响。
①无初速度下滑类(如图)
假设法判断是否发生相对滑动
(1)μ2<μ1(上面比下面粗糙),则不会相对滑动.用极限法,μ1无限大或斜面光滑,一起匀加速运动.
(2)μ2>μ1(下面比上面粗糙),则会相对滑动.
②加外力下滑类(如图)
对m分析,加速度范围gsin θ-μ1gcos θ<a<gsin θ+μ1gcos θ
加速度在这个范围内,板块可保持相对静止.
九、传动带问题
1.传送带的基本类型
传送带运输是利用货物和传送带之间的摩擦力将货物运送到其他地方,有水平传送带和倾斜传送带两种基本模型.
2.传送带模型分析流程
【技巧点拨】求解的关键在于根据物体和传送带之间的相对运动情况,确定摩擦力的大小和方向.当物体的速度与传送带的速度相等时,物体所受的摩擦力有可能发生突变,速度相等前后对摩擦力的分析是解题的关键.
3.类型
①水平传送带常见类型及滑块运动情况
类型
滑块运动情况
①可能一直加速
②可能先加速后匀速
①v0>v时,可能一直减速,也可能先减速再匀速
②v0=v时,一直匀速
③v0<v时,摩擦力为动力,可能一直加速,也可能先加速再匀速
①传送带较短时,摩擦力为阻力,滑块一直减速到达左端
②传送带足够长时,摩擦力先为阻力,滑块先向左减速,减速到零后摩擦力再为动力,物体反向加速运动回到右端。
②倾斜传送带常见类型及滑块运动情况
倾斜传送带模型上物体的常见运动
项目
情景1:上传
情景2:下载
情景2:反向
图示
滑块可能的运动情况
(1)可能一直加速;
(2)可能先加速后匀速;
(3)还有其他结论吗?
(1)可能一直加速;
(2)可能先加速后匀速;
(3)可能先以a1加速后以a2加速.
(1)可能一直加速;
(2)可能一直匀速;
(3)可能先减速后反向加速
a.倾斜传送带——上传模型
受力分析
运动分析(先加后共)
难点问题
μ>tanθ
f=μmgcosθ
f突变为静
f'=mgsinθ
v
v
L
θ
t
O
v
共速
痕迹
a
v
传送带
物体
t1
t2
①滑动摩擦力f=μmgcosθ
②加速度a=g(μcosθ-sinθ)
③上传条件:μ>tanθ
④共速摩擦力突变为静摩擦力f'=mgsinθ
受力分析
运动分析(一直加速)
难点问题
μ<tanθ
a
f=μmgcosθ
v
v'
L
θ
t
O
v
a
v
传送带
物体
t1
L
⑤μ<tanθ,物体向下加速
⑥加速度a=g(μcosθ-sinθ)
⑦物体向下位移为L
⑧物体运动时间、末速度与传送带快慢无关
b.倾斜传送带——下载
受力分析
运动分析
难点问题
μ≥tanθ
f=μmgcosθ
f突变为静
f'=mgsinθ
v
v
L
θ(
t
O
v
共速
痕迹
a
v
传送带
物体
t1
t2
①滑动摩擦力f=μmgcosθ
②加速度a=g(μcosθ+sinθ)
③共速后,若μ≥tanθ
一起匀速,摩擦力突变为静摩擦力f'=mgsinθ
μ<tanθ
f=μmgcosθ
f方向突变
f'=μmgcosθ
v
v
L
θ(
t
O
v
共速
痕迹1
a
v
传送带
物体
t1
t2
物体
2
a'
④共速后,若μ<tanθ[
继续加速,滑动摩擦力方向突变、大小不变,加速度a'=g(sinθ-μcosθ)
⑤痕迹问题:共速前,x传>x物,痕迹Δx1=x传-x物,共速后,x物>x传,痕迹Δx2=x物-x传,总痕迹取二者中大的那一段
十、图像问题
1.常见图像
①v-t图像:根据图像的斜率判断加速度的大小和方向,再根据牛顿第二定律求解.
②a-t图像:注意加速度的正负,正确分析每一段的运动情况,然后结合物体的受力情况应用牛顿第二定律列方程求解.
③F-t图像:结合物体受到的力,由牛顿第二定律求出加速度,分析每一段的运动情况.
④F-a图像:首先要根据具体的物理情景,对物体进行受力分析,然后根据牛顿第二定律推导出两个量间的函数关系式,根据函数关系式结合图像,明确图像的斜率、截距或面积的意义,从而由图像给出的信息求出未知量.
2.解题策略
①分清图像的类别:即分清横、纵坐标所代表的物理量,明确其物理意义,掌握物理图像所反映的物理过程,会分析临界点.
②注意图线中的一些特殊点:图线与横、纵坐标的交点,图线的转折点,两图线的交点等.
③明确能从图像中获得哪些信息:把图像与具体的题意、情景结合起来,应用物理规律列出与图像对应的函数方程式,进而明确“图像与公式”“图像与物体”间的关系,以便对有关物理问题作出准确判断.
命题点03 牛顿第三定律
一、作用力和反作用力
1.定义:两个物体之间的作用总是相互的,一个物体对另一个物体施加了力,后一个物体一定同时对前一个物体也施加了力.
二、牛顿第三定律
1.定义:两个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一直线上.
2.对牛顿第三定律的理解
①牛顿第三运动定律指出了两物体之间的作用是相互的,因而力总是成对出现的,它们总是同时产生,同时消失,与相互作用的两物体的运动状态无关、与是否和其他物体相互作用无关。
②作用力和反作用力总是同种性质的力.
③作用力和反作用力分别作用在两个不同的物体上,各产生其效果,不可叠加.
④牛顿第三定律在对物体进行受力分析时,起到非常重要的转换研究对象的作用,如果不便于直接分析求出物体受到的某些力时,可先求它的反作用力,再反过来求待求力.如求压力时,可先求支持力,摩擦力的求解有时候不好判断也可以通过转化研究对象求其反作用力.
三、作用力与反作用力和一对平衡的辨析
作用力与反作用力
一对平衡力
相同点
大小相等、方向相反、作用在同一条直线上
不同点
作用在两个相互作用的物体上
作用在同一物体上
同时产生、同时消失
不一定同时产生、不一定同时消失
两力作用效果不可抵消,不可叠加,不可求合力
两力作用效果可相互抵消,可叠加,可求合力,合力为零
一定是相同性质的力
性质不一定相同
【真题实战】
【牛顿第一定律】(1T-4T)
1.(2025·河南·高考真题)野外高空作业时,使用无人机给工人运送零件。如图,某次运送过程中的一段时间内,无人机向左水平飞行,零件用轻绳悬挂于无人机下方,并相对于无人机静止,轻绳与竖直方向成一定角度。忽略零件所受空气阻力,则在该段时间内( )
A.无人机做匀速运动 B.零件所受合外力为零
C.零件的惯性逐渐变大 D.零件的重力势能保持不变
【答案】D
【详解】D.无人机沿水平方向飞行,零件相对于无人机静止,也沿水平方向飞行做直线运动,故零件的高度不变,可知零件的重力势能保持不变,D正确;AB.对零件受力分析,受重力和绳子的拉力,由于零件沿水平方向做直线运动,可知合外力沿水平方向,提供水平方向的加速度。零件水平向左做匀加速直线运动,AB错误;C.惯性的大小只与质量有关,零件的质量不变,故零件的惯性不变,C错误。故选D。
2.(2023·浙江·高考真题)在足球运动中,足球入网如图所示,则( )
A.踢香蕉球时足球可视为质点 B.足球在飞行和触网时惯性不变
C.足球在飞行时受到脚的作用力和重力 D.触网时足球对网的力大于网对足球的力
【答案】B
【详解】A.在研究如何踢出“香蕉球”时,需要考虑踢在足球上的位置与角度,所以不可以把足球看作质点,故A错误;B.惯性只与质量有关,足球在飞行和触网时质量不变,则惯性不变,故B正确;C.足球在飞行时脚已经离开足球,故在忽略空气阻力的情况下只受重力,故C错误;D.触网时足球对网的力与网对足球的力是相互作用力,大小相等,故D错误。故选B。
3.(2022·浙江·高考真题)下列说法正确的是( )
A.链球做匀速圆周运动过程中加速度不变
B.足球下落过程中惯性不随速度增大而增大
C.乒乓球被击打过程中受到的作用力大小不变
D.篮球飞行过程中受到空气阻力的方向与速度方向无关
【答案】B
【详解】A.链球做匀速圆周运动过程中加速度方向在改变,A错误;B.惯性只与质量有关,则足球下落过程中惯性不随速度增大而增大,B正确;C.乒乓球被击打过程中受到的作用力随着形变量的减小而减小,C错误;D.篮球飞行过程中受到空气阻力的方向与速度方向有关,D错误。故选B。
4.(2020·浙江·高考真题)如图所示,底部均有4个轮子的行李箱a竖立、b平卧放置在公交车上,箱子四周有一定空间。当公交车( )
A.缓慢起动时,两只行李箱一定相对车子向后运动
B.急刹车时,行李箱a一定相对车子向前运动
C.缓慢转弯时,两只行李箱一定相对车子向外侧运动
D.急转弯时,行李箱b一定相对车子向内侧运动
【答案】B
【详解】A.有题意可知当公交车缓慢启动时,两只箱子与公交车之间的有可能存在静摩擦使箱子与公交车一起运动,故A错误;B.急刹车时,由于惯性,行李箱a一定相对车子向前运动,故B正确;C.当公交车缓慢转弯时,两只箱子与车之间的摩擦力可能提供向心力,与车保持相对静止,故C错误;D.当公交车急转弯时,由于需要向心力大,行李箱一定相对车子向外侧运动,故D错误。故选B。
【牛顿第二定律】(5T-24T)
5.(2026·陕晋青宁卷·高考真题)(多选)如图,物块的质量分别为、、,通过不可伸长的轻绳绕过两个固定轻质光滑定滑轮与连接,与位于正下方的用劲度系数为的轻弹簧相连。初始时托住和,使弹簧处于原长,三个物块均静止。现同时无初速度释放和,运动中,物块均视为质点且不与滑轮相碰,不计空气阻力,弹簧始终在弹性限度内,弹性势能(为形变量),重力加速度大小为。则( )
A.释放后瞬间的加速度大小为 B.释放后瞬间轻绳上的拉力大小为
C.释放后下降的最大距离为 D.释放后的速度最大值为
【答案】AD
【详解】AB.根据题意可知,初始时弹簧处于原长,释放后瞬间,弹簧形变量不变,设释放后瞬间轻绳上的拉力大小为,对、整体,由牛顿第二定律有;
对,由牛顿第二定律有,联立解得,,故A正确,B错误;
CD.根据题意,把物块看成整体,左边受向下的,右边也受向下的,整体合力为零,由动量守恒定律有,则有,可得,解得,
设释放后下降的最大距离为,则,此时弹簧形变量为
由能量守恒定律有,解得
释放后的速度最大时为,则有,又有,解得
则有,,由能量守恒定律有
解得,故C错误,D正确。故选AD。
6.(2025·甘肃·高考真题)(多选)如图,轻质弹簧上端固定,下端悬挂质量为的小球A,质量为m的小球B与A用细线相连,整个系统处于静止状态。弹簧劲度系数为k,重力加速度为g。现剪断细线,下列说法正确的是( )
A.小球A运动到弹簧原长处的速度最大 B.剪断细线的瞬间,小球A的加速度大小为
C.小球A运动到最高点时,弹簧的伸长量为 D.小球A运动到最低点时,弹簧的伸长量为
【答案】BC
【详解】A.剪断细线后,弹力大于A的重力,则A先向上做加速运动,随弹力的减小,则向上的加速度减小,当加速度为零时速度最大,此时弹力等于重力,弹簧处于拉伸状态,选项A错误;B.剪断细线之前则,剪断细线瞬间弹簧弹力不变,则对A由牛顿第二定律,解得A的加速度
选项B正确;C.剪断细线之前弹簧伸长量,剪断细线后A做简谐振动,在平衡位置时弹簧伸长量,即振幅为,由对称性可知小球A运动到最高点时,弹簧伸长量为,选项C正确;D.由上述分析可知,小球A运动到最低点时,弹簧伸长量为,选项D错误。故选BC。
7.(2025·甘肃·高考真题)2025年4月24日,在甘肃酒泉卫星发射中心成功发射了搭载神舟二十号载人飞船的长征二号F遥二十运载火箭。若在初始的内燃料对火箭的平均推力约为。火箭质量约为500吨且认为在内基本不变,则火箭在初始内的加速度大小约为( )(重力加速度g取)
A. B. C. D.
【答案】A
【详解】由题意,牛顿第二定律有,代入数据解得。故选A。
8.(2025·北京·高考真题)模拟失重环境的实验舱,通过电磁弹射从地面由静止开始加速后竖直向上射出,上升到最高点后回落,再通过电磁制动使其停在地面。实验舱运动过程中,受到的空气阻力f的大小随速率增大而增大,f随时间t的变化如图所示(向上为正)。下列说法正确的是( )
A.从到,实验舱处于电磁弹射过程 B.从到,实验舱加速度大小减小
C.从到,实验舱内物体处于失重状态 D.时刻,实验舱达到最高点
【答案】B
【详解】A.间,f向下,先增大后减小,可知此时速度方向向上,先增大后减小,故实验舱先处于弹射过程后做竖直上抛运动;故A错误;B.由于受到的空气阻力f的大小随速率增大而增大则f—t图的形状与v—t图的形状是一模一样的,则实验舱加速度大小在减小,故B正确;C.间,f向上,先增大后减小,可知此时速度方向向下,先增大后减小,先向下加速后向下减速,加速度先向下后向上,先失重后超重,故C错误;D.根据前面分析可知时刻速度方向改变,从向上变成向下运动,故时刻到达最高点,故D错误。故选B。
9.(2025·安徽·高考真题)如图,装有轻质光滑定滑轮的长方体木箱静置在水平地面上,木箱上的物块甲通过不可伸长的水平轻绳绕过定滑轮与物块乙相连。乙拉着甲从静止开始运动,木箱始终保持静止。已知甲、乙质量均为,甲与木箱之间的动摩擦因数为0.5,不计空气阻力,重力加速度g取,则在乙下落的过程中( )
A.甲对木箱的摩擦力方向向左 B.地面对木箱的支持力逐渐增大
C.甲运动的加速度大小为 D.乙受到绳子的拉力大小为
【答案】C
【详解】A.因为物块甲向右运动,木箱静止,根据相对运动,甲对木箱的摩擦力方向向右,A错误;B.设乙运动的加速度为,只有乙有竖直向下的恒定加速度,对甲、乙和木箱,由整体法,竖直方向受力分析有,则地面对木箱的支持力大小不变,B错误;CD.设绳子的弹力大小为,对甲受力分析有,对乙受力分析有,联立解得,,C正确,D错误。故选C。
10.(2025·江苏·高考真题)如图所示,弹簧一端固定,另一端与光滑水平面上的木箱相连,箱内放置一小物块,物块与木箱之间有摩擦。压缩弹簧并由静止释放,释放后物块在木箱上有滑动,滑动过程中不与木箱前后壁发生碰撞,不计空气阻力,则( )
A.释放瞬间,物块加速度为零
B.物块和木箱最终仍有相对运动
C.木箱第一次到达最右端时,物块速度为零
D.物块和木箱的速度第一次相同前,物块受到的摩擦力不变
【答案】D
【详解】A.根据题意可知,释放时,物块与木箱发生相对滑动,且有摩擦力,根据牛顿第二定律可知释放时物块加速度不为0,故A错误;B.由于物块与木箱间有摩擦力且发生相对滑动,所以弹簧的弹性势能会减少,直到弹簧的最大弹力满足以下分析的:设物块与木箱之间的最大静摩擦力为,物块质量为,对物块根据牛顿第二定律,设木箱质量为,对物块与木箱整体,根据牛顿第二定律,可得,即弹簧的最大弹力减小到后,二者一起做简谐运动,故B错误;C.根据AB选项分析可知只有当二者一起做简谐运动前,有相对滑动,木箱第一次到达最右端时,物块速度不为零,故C错误;D.开始滑块的加速度向右,物块与滑块第一次共速前,物块相对滑块向左运动,受到向右的摩擦力,共速前二者有相对滑动,摩擦力恒为二者之间的滑动摩擦力,保持不变,故D正确。故选D。
11.(2025·山东·高考真题)工人在河堤的硬质坡面上固定一垂直坡面的挡板,向坡底运送长方体建筑材料。如图所示,坡面与水平面夹角为,交线为PN,坡面内QN与PN垂直,挡板平面与坡面的交线为MN,。若建筑材料与坡面、挡板间的动摩擦因数均为,重力加速度大小为g,则建筑材料沿MN向下匀加速滑行的加速度大小为( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【详解】根据牛顿第二定律,可得。故选B。
12.(2024·贵州·高考真题)某研究人员将一铁质小圆盘放入聚苯乙烯颗粒介质中,在下落的某段时间内,小圆盘仅受重力G和颗粒介质对其向上的作用力f。用高速相机记录小圆盘在不同时刻的位置,相邻位置的时间间隔相等,如图所示,则该段时间内下列说法可能正确的是( )
A.f一直大于G B.f一直小于G
C.f先小于G,后大于G D.f先大于G,后小于G
【答案】C
【详解】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,可知f先小于G,后大于G。故选C。
13.(2024·安徽·高考真题)如图所示,竖直平面内有两完全相同的轻质弹簧,它们的一端分别固定于水平线上的M、N两点,另一端均连接在质量为m的小球上。开始时,在竖直向上的拉力作用下,小球静止于MN连线的中点O,弹簧处于原长。后将小球竖直向上。缓慢拉至P点,并保持静止,此时拉力F大小为。已知重力加速度大小为g,弹簧始终处于弹性限度内,不计空气阻力。若撤去拉力,则小球从P点运动到O点的过程中( )
A.速度一直增大 B.速度先增大后减小
C.加速度的最大值为 D.加速度先增大后减小
【答案】A
【详解】AB.缓慢拉至P点,保持静止,由平衡条件可知此时拉力F与重力和两弹簧的拉力合力为零。此时两弹簧的合力为大小为。当撤去拉力,则小球从P点运动到O点的过程中两弹簧的拉力与重力的合力始终向下,小球一直做加速运动,故A正确,B错误 ;CD.小球从P点运动到O点的过程中,形变量变小弹簧在竖直方向的合力不断变小,故小球受的合外力一直变小,加速度的最大值为撤去拉力时的加速度,由牛顿第二定律可知,加速度的最大值为,CD错误。故选A。
14.(2024·广东·高考真题)如图所示,轻质弹簧竖直放置,下端固定。木块从弹簧正上方H高度处由静止释放。以木块释放点为原点,取竖直向下为正方向。木块的位移为y。所受合外力为F,运动时间为t。忽略空气阻力,弹簧在弹性限度内。关于木块从释放到第一次回到原点的过程中。其图像或图像可能正确的是( )
A.B.C. D.
【答案】B
【详解】AB.在木块下落高度之前,木块所受合外力为木块的重力保持不变,即
当木块接触弹簧后,弹簧弹力向上,则木块的合力,到合力为零前,随着增大减小;当弹簧弹力大于木块的重力后到最低点,之后,木块开始反弹,过程中木块所受合外力向上,随着减小增大,反弹过程,随着y减小,图像向x轴负方向原路返回,故A错误、B正确;
CD.在木块下落高度之前,木块做自由落体运动,根据,速度逐渐增大, 图像斜率逐渐增大,当木块接触弹簧后到合力为零前,根据牛顿第二定律
木块的速度继续增大,做加速度减小的加速运动,所以图像斜率继续增大,当弹簧弹力大于木块的重力后到最低点过程中
木块所受合外力向上,木块做加速度增大的减速运动,所以图斜率减小,到达最低点后,木块向上运动,经以上分析可知,木块先做加速度减小的加速运动,再做加速度增大的减速运动,再做匀减速直线运动到最高点,而C图中H点过后速度就开始逐渐减小,实际速度还应该增大,直到平衡位置速度到达最大,然后速度逐渐减为零;D图前半段速度不变,不符合题意,正确示意图如下
故CD错误。故选B。
15.(2024·湖南·高考真题)如图,质量分别为、、、m的四个小球A、B、C、D,通过细线或轻弹簧互相连接,悬挂于O点,处于静止状态,重力加速度为g。若将B、C间的细线剪断,则剪断瞬间B和C的加速度大小分别为( )
A.g, B.2g, C.2g, D.g,
【答案】A
【详解】剪断前,对BCD分析
对D,剪断后,对B,解得
方向竖直向上;对C,解得,方向竖直向下。故选A。
16.(2023·湖南·高考真题)(多选)如图,光滑水平地面上有一质量为的小车在水平推力的作用下加速运动。车厢内有质量均为的A、B两小球,两球用轻杆相连,A球靠在光滑左壁上,B球处在车厢水平底面上,且与底面的动摩擦因数为,杆与竖直方向的夹角为,杆与车厢始终保持相对静止假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。下列说法正确的是( )
A.若B球受到的摩擦力为零,则
B.若推力向左,且,则的最大值为
C.若推力向左,且,则的最大值为
D.若推力向右,且,则的范围为
【答案】CD
【详解】A.设杆的弹力为,对小球A:竖直方向受力平衡,则杆水平方向的分力与竖直方向的分力满足,竖直方向,则
若B球受到的摩擦力为零,对B根据牛顿第二定律可得,可得
对小球A、B和小车整体根据牛顿第二定律,A错误;
B.若推力向左,根据牛顿第二定律可知加速度向左,小球A所受向左的合力的最大值为
对小球B,由于,小球B受到向左的合力
则对小球A,根据牛顿第二定律可得
对系统整体根据牛顿第二定律,解得,B错误;
C.若推力向左,根据牛顿第二定律可知加速度向左,小球A向左方向的加速度由杆对小球A的水平分力提供,小球A所受向左的合力的最大值为
小球B所受向左的合力的最大值
由于可知
则对小球B,根据牛顿第二定律
对系统根据牛顿第二定律
联立可得的最大值为,C正确;
D.若推力向右,根据牛顿第二定律可知系统整体加速度向右,由于小球A可以受到左壁向右的支持力,理论上向右的合力可以无限大,因此只需要讨论小球B即可,当小球B所受的摩擦力向左时,小球B向右的合力最小,此时
当小球所受摩擦力向右时,小球B向右的合力最大,此时
对小球B根据牛顿第二定律,
对系统根据牛顿第二定律
代入小球B所受合力分范围可得的范围为,D正确。故选CD。
17.(2023·全国乙卷·高考真题)一同学将排球自O点垫起,排球竖直向上运动,随后下落回到O点。设排球在运动过程中所受空气阻力大小和速度大小成正比。则该排球( )
A.上升时间等于下落时间 B.被垫起后瞬间的速度最大
C.达到最高点时加速度为零 D.下落过程中做匀加速运动
【答案】B
【详解】A.上升过程和下降过程的位移大小相同,上升过程的末状态和下降过程的初状态速度均为零。对排球受力分析,上升过程的重力和阻力方向相同,下降过程中重力和阻力方向相反,根据牛顿第二定律可知,上升过程中任意位置的加速度比下降过程中对应位置的加速度大,则上升过程的平均加速度较大。由位移与时间关系可知,上升时间比下落时间短,A错误;B.上升过程排球做减速运动,下降过程排球做加速运动。在整个过程中空气阻力一直做负功,小球机械能一直在减小,下降过程中的最低点的速度小于上升过程的最低点的速度,故排球被垫起时的速度最大,B正确;C.达到最高点速度为零,空气阻力为零,此刻排球重力提供加速度不为零,C错误;D.下落过程中,排球速度在变,所受空气阻力在变,故排球所受的合外力在变化,排球在下落过程中做变加速运动,D错误。故选B。
18.(2022·江苏·高考真题)高铁车厢里的水平桌面上放置一本书,书与桌面间的动摩擦因数为0.4,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取重力加速度。若书不滑动,则高铁的最大加速度不超过( )
A. B. C. D.
【答案】B
【详解】书放在水平桌面上,若书相对于桌面不滑动,则最大静摩擦力提供加速度,解得;书相对高铁静止,故若书不动,高铁的最大加速度。故选B。
19.(2022·上海·高考真题)神舟十三号在返回地面的过程中打开降落伞后,在大气层中经历了竖直向下的减速运动。若返回舱所受的空气阻力随速度的减小而减小,则加速度大小( )
A.一直减小 B.一直增大
C.先增大后减小 D.先减小后增大
【答案】A
【详解】依题意,返回舱竖直向下减速运动的过程中,根据牛顿第二定律可得
返回舱速度减小,则可得加速度一直减小,故选A。
20.(2022·广东·高考真题)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
【详解】设斜坡倾角为,运动员在斜坡MN段做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律
可得
运动员在水平段做匀速直线运动,加速度
运动员从点飞出后做平抛运动,加速度为重力加速度
设在点的速度为,则从点飞出后速度大小的表达式为
由分析可知从点飞出后速度大小与时间的图像不可能为直线,且,C正确,ABD错误。故选C。
21.(2022·湖南·高考真题)(多选)球形飞行器安装了可提供任意方向推力的矢量发动机,总质量为。飞行器飞行时受到的空气阻力大小与其速率平方成正比(即,为常量)。当发动机关闭时,飞行器竖直下落,经过一段时间后,其匀速下落的速率为;当发动机以最大推力推动飞行器竖直向上运动,经过一段时间后,飞行器匀速向上的速率为。重力加速度大小为,不考虑空气相对于地面的流动及飞行器质量的变化,下列说法正确的是( )
A.发动机的最大推力为
B.当飞行器以匀速水平飞行时,发动机推力的大小为
C.发动机以最大推力推动飞行器匀速水平飞行时,飞行器速率为
D.当飞行器以的速率飞行时,其加速度大小可以达到
【答案】BC
【详解】A.飞行器关闭发动机,以v1=匀速下落时,有
飞行器以v2=向上匀速时,设最大推力为Fm
联立可得,,A错误;
B.飞行器以v3=匀速水平飞行时,B正确;
C.发动机以最大推力推动飞行器匀速水平飞行时,解得,C正确;
D.当飞行器最大推力向下,以v5=的速率向上减速飞行时,其加速度向下达到最大值,解得am=2.5g,D错误。故选BC。
22.(2022·全国甲卷·高考真题)(多选)如图,质量相等的两滑块P、Q置于水平桌面上,二者用一轻弹簧水平连接,两滑块与桌面间的动摩擦因数均为。重力加速度大小为g。用水平向右的拉力F拉动P,使两滑块均做匀速运动;某时刻突然撤去该拉力,则从此刻开始到弹簧第一次恢复原长之前( )
A.P的加速度大小的最大值为
B.Q的加速度大小的最大值为
C.P的位移大小一定大于Q的位移大小
D.P的速度大小均不大于同一时刻Q的速度大小
【答案】AD
【详解】设两物块的质量均为m,撤去拉力前,两滑块均做匀速直线运动,则拉力大小为
撤去拉力前对Q受力分析可知,弹簧的弹力为
AB.从此刻开始到弹簧第一次恢复原长之前的过程中,以向右为正方向,撤去拉力瞬间弹簧弹力不变为,两滑块与地面间仍然保持相对滑动,此时滑块P的加速度为,解得
此刻滑块Q所受的外力不变,加速度仍为零,过后滑块P做减速运动,故PQ间距离减小,弹簧的伸长量变小,弹簧弹力变小。根据牛顿第二定律可知P减速的加速度减小,滑块Q的合外力增大,合力向左,做加速度增大的减速运动。故P加速度大小的最大值是刚撤去拉力瞬间的加速度为。
Q加速度大小最大值为弹簧恢复原长时,解得
故滑块Q加速度大小最大值为,A正确,B错误;
C.滑块PQ水平向右运动,PQ间的距离在减小,故P的位移一定小于Q的位移,C错误;
D.滑块P在弹簧恢复到原长时的加速度为,解得
撤去拉力时,PQ的初速度相等,滑块P由开始的加速度大小为做加速度减小的减速运动,最后弹簧原长时加速度大小为;滑块Q由开始的加速度为0做加速度增大的减速运动,最后弹簧原长时加速度大小也为。分析可知P的速度大小均不大于同一时刻Q的速度大小,D正确。故选AD。
23.(2021·北京·高考真题)某同学使用轻弹簧、直尺钢球等制作了一个“竖直加速度测量仪”。如图所示,弹簧上端固定,在弹簧旁沿弹簧长度方向固定一直尺。不挂钢球时,弹簧下端指针位于直尺20cm刻度处;下端悬挂钢球,静止时指针位于直尺40cm刻度处。将直尺不同刻度对应的加速度标在直尺上,就可用此装置直接测量竖直方向的加速度。取竖直向上为正方向,重力加速度大小为g。下列说法正确的是( )
A.30cm刻度对应的加速度为 - 0.5g B.40cm刻度对应的加速度为g
C.50cm刻度对应的加速度为2g D.各刻度对应加速度的值是不均匀的
【答案】A
【详解】A.由分析可知,在30cm刻度时,有F弹 - mg = ma(取竖直向上为正方向),代入数据有a = - 0.5g,A正确;B.由分析可知,在40cm刻度时,有mg = F弹,则40cm刻度对应的加速度为0,B错误;C.由分析可知,在50cm刻度时,有F弹 - mg = ma(取竖直向上为正方向),代入数据有a = 0.5g,C错误;D.设刻度对应值为x,结合分析可知,x = (取竖直向上为正方向)
经过计算有a = (x > 0.2)或a = (x < 0.2),根据以上分析,加速度a与刻度对应值为x成线性关系,则各刻度对应加速度的值是均匀的,D错误。故选A。
24.(2019·浙江·高考真题)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
【答案】D
【详解】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,此时水对球的浮力也为零,小球的重力也视为零,则A球将在弹力作用下相对于杯底向上运动,B球将在弹力作用下相对于杯底向下运动,C球相对于杯底不动;故选D.
【牛顿第三定律】(25T-29T)
25.(2026·浙江·高考真题)如图所示,钢架雪车运动员在具有阻力的倾斜赛道上滑行,则( )
A.运动员在转弯时加速度为0
B.运动员和钢架雪车整体机械能守恒
C.钢架雪车所受重力和赛道对钢架雪车的支持力是一对平衡力
D.钢架雪车对赛道的压力与赛道对钢架雪车的支持力是一对作用力和反作用力
【答案】D
【详解】A.运动员在转弯时一定有向心加速度,加速度不可能为零,故A错误;B.倾斜赛道有阻力,阻力对运动员和钢架雪车做负功,运动员和钢架雪车整体机械能不守恒,故B错误;C.钢架雪车所受重力竖直向下,赛道对钢架雪车的支持力垂直赛道向上,不在同一条直线上,不是一对平衡力,故C错误;D.钢架雪车对赛道的压力与赛道对钢架雪车的支持力是一对作用力和反作用力,故D正确。故选D。
26.(2023·海南·高考真题)如图所示,工人利用滑轮组将重物缓慢提起,下列说法正确的是( )
A.工人受到的重力和支持力是一对平衡力
B.工人对绳的拉力和绳对工人的拉力是一对作用力与反作用力
C.重物缓慢拉起过程,绳子拉力变小
D.重物缓慢拉起过程,绳子拉力不变
【答案】B
【详解】AB.对人受力分析有 ,则有FN+FT= mg
其中工人对绳的拉力和绳对工人的拉力是一对作用力与反作用力,A错误、B正确;
CD.对滑轮做受力分析有 ,则有,则随着重物缓慢拉起过程,θ逐渐增大,则FT逐渐增大,CD错误。故选B。
27.(2022·浙江·高考真题)如图所示,鱼儿摆尾击水跃出水面,吞食荷花花瓣的过程中,下列说法正确的是( )
A.鱼儿吞食花瓣时鱼儿受力平衡 B.鱼儿摆尾出水时浮力大于重力
C.鱼儿摆尾击水时受到水的作用力 D.研究鱼儿摆尾击水跃出水面的动作可把鱼儿视为质点
【答案】C
【详解】A.鱼儿吞食花瓣时处于失重状态,A错误;BC.鱼儿摆尾出水时排开水的体积变小,浮力变小,鱼儿能够出水的主要原因是鱼儿摆尾时水对鱼向上的作用力大于重力,B错误、C正确;D.研究鱼儿摆尾击水跃出水面的动作不可以把鱼儿视为质点,否则就无动作可言,D错误。故选C。
28.(2021·广东·高考真题)唐代《耒耜经》记载了曲辕犁相对直辕犁的优势之一是起土省力,设牛用大小相等的拉力F通过耕索分别拉两种犁,F与竖直方向的夹角分别为和,,如图所示,忽略耕索质量,耕地过程中,下列说法正确的是( )
A.耕索对曲辕犁拉力的水平分力比对直辕犁的大
B.耕索对曲辕犁拉力的竖直分力比对直辕犁的大
C.曲辕犁匀速前进时,耕索对犁的拉力小于犁对耕索的拉力
D.直辕犁加速前进时,耕索对犁的拉力大于犁对耕索的拉力
【答案】B
【详解】A.将拉力F正交分解如下图所示
则在x方向可得出Fx曲 = Fsinα,Fx直 = Fsinβ
在y方向可得出Fy曲 = Fcosα,Fy直 = Fcosβ
由题知α < β则sinα < sinβ,cosα > cosβ,则可得到Fx曲 < Fx直,Fy曲 > Fy直,A错误、B正确;
CD.耕索对犁的拉力与犁对耕索的拉力是一对相互作用力,它们大小相等,方向相反,无论是加速还是匀速,则CD错误。故选B。
29.(2020·浙江·高考真题)如图所示,一对父子掰手腕,父亲让儿子获胜。若父亲对儿子的力记为,儿子对父亲的力记为,则( )
A. B.和大小相等
C.先于产生 D.后于产生
【答案】B
【详解】父亲对儿子的力和儿子对父亲的力是一对相互作用力,根据牛顿第三定律可知这两个力等大反向,同生同灭,故B正确,ACD错误。故选B.
【力学单位制】(30T-34T)
30.(2025·四川·高考真题)(多选)若长度、质量、时间和动量分别用a、b、c和d表示,则下列各式可能表示能量的是( )
A. B. C. D.
【答案】AC
【详解】A.根据题意可知的单位为,结合动能公式可知为能量单位,故A正确;B.同理的单位为,根据可知为力的单位,故可知为力与质量的乘积,故不是能量的单位,故B错误;C.的单位为,根据前面A选项分析可知该单位为能量单位,故C正确;D.的单位为,不是能量单位,故D错误。故选AC。
31.(2024·北京·高考真题)电荷量Q、电压U、电流I和磁通量Φ是电磁学中重要的物理量,其中特定的两个物理量之比可用来描述电容器、电阻、电感三种电磁学元件的属性,如图所示。类似地,上世纪七十年代有科学家预言Φ和Q之比可能也是一种电磁学元件的属性,并将此元件命名为“忆阻器”,近年来实验室已研制出了多种类型的“忆阻器”。由于“忆阻器”对电阻的记忆特性,其在信息存储、人工智能等领域具有广阔的应用前景。下列说法错误的是( )
A.QU的单位和ΦI的单位不同
B.在国际单位制中,图中所定义的M的单位是欧姆
C.可以用来描述物体的导电性质
D.根据图中电感L的定义和法拉第电磁感应定律可以推导出自感电动势的表达式
【答案】A
【详解】A.单位制、法拉第电磁感应定律由法拉第电磁感应定律可知,则Φ的单位为V·s,由Q = It可知,Q的单位为A·s,则QU与ΦI的单位相同均为V·A·s,故A错误,符合题意;B.由题图可知,从单位角度分析有,故B正确,不符合题意;C.由知,可以用来描述物体的导电性质,故C正确,不符合题意;D.由电感的定义以及法拉第电磁感应定律解得,故D正确,不符合题意。故选A。
32.(2024·浙江·高考真题)下列属于国际单位制基本单位符号的是( )
A.s B.N C.F D.T
【答案】A
【详解】国际单位制中的基本单位分别是:长度的单位是米,符号m;质量的单位是千克,符号kg;时间的单位是秒,符号s;电流的单位是安培,符号是A;热力学温度的单位是开尔文,符号K;物质的量单位是摩尔,符号mol;发光强度的单位是坎德拉,符号cd。故选A。
33.(2023·辽宁·高考真题)安培通过实验研究,发现了电流之间相互作用力的规律。若两段长度分别为和、电流大小分别为I1和I₂的平行直导线间距为r时,相互作用力的大小可以表示为。比例系数k的单位是( )
A.kg·m/(s²·A) B.kg·m/(s²·A²) C.kg·m²/(s³·A) D.kg·m²/(s³·A³)
【答案】B
【详解】根据题干公式整理可得
代入相应物理量单位可得比例系数k的单位为,故选B。
34.(2023·浙江·高考真题)下列属于国际单位制中基本单位符号的是( )
A.J B.K C.W D.
【答案】B
【详解】国际单位制中的七个基本单位是千克、米、秒、安培、开尔文、坎德拉、摩尔,符号分别是kg、m、s、A、K、cd、mol,其余单位都属于导出单位。故选B。
【超失重问题】(35T-38T)
35.(2026·云南·高考真题)云南宣威尼珠河大峡谷的“青云电梯”为谷底孩子们上学提供了交通便利。若电梯由静止开始上升,用时,则此过程电梯的平均速度大小及电梯向上加速时乘客所处的状态分别为( )
A.,超重 B.,超重 C.,失重 D.,失重
【答案】A
【详解】平均速度计算:根据平均速度定义式,代入位移、时间,可得,超重失重判断:电梯向上加速时加速度竖直向上,乘客处于超重状态。故选A。
36.(2025·浙江·高考真题)中国运动员以121公斤的成绩获得2024年世界举重锦标赛抓举金牌,举起杠铃稳定时的状态如图所示。重力加速度,下列说法正确的是( )
A.双臂夹角越大受力越小
B.杠铃对每只手臂作用力大小为
C.杠铃对手臂的压力和手臂对杠铃的支持力是一对平衡力
D.在加速举起杠铃过程中,地面对人的支持力大于人与杠铃总重力
【答案】D
【详解】AB.杠铃的重力为
手臂与水平的杠铃之间有夹角,假设手臂与竖直方向夹角为,根据平衡条件可知
可知,双臂夹角越大,F越大;结合,解得杠铃对手臂的弹力,而杠铃对手臂的作用力是弹力和摩擦力的合力,可知杠铃对每只手臂作用力大小大于,AB错误;
C.杠铃对手臂的压力和手臂对杠铃的支持力是一对相互作用力,C错误;
D.加速举起杠铃,人和杠铃构成的相互作用系统加速度向上,系统处于超重状态,因此地面对人的支持力大于人与杠铃的总重力,D正确。故选D。
37.(2024·海南·高考真题)神舟十七号载人飞船返回舱于2024年4月30日在东风着陆场成功着陆,在飞船返回至离地面十几公里时打开主伞飞船快速减速,返回舱速度大大减小,在减速过程中( )
A.返回舱处于超重状态 B.返回舱处于失重状态
C.主伞的拉力不做功 D.重力对返回舱做负功
【答案】A
【详解】AB.返回舱在减速过程中,加速度竖直向上,处于超重状态,故A正确,B错误;C.主伞的拉力与返回舱运动方向相反,对返回舱做负功,故C错误;D.返回舱的重力与返回舱运动方向相同,重力对返回舱做正功,故D错误。故选A。
38.(2020·山东·高考真题)一质量为m的乘客乘坐竖直电梯下楼,其位移s与时间t的关系图像如图所示。乘客所受支持力的大小用FN表示,速度大小用v表示。重力加速度大小为g。以下判断正确的是( )
A.0~t1时间内,v增大,FN>mg B.t1~t2时间内,v减小,FN<mg
C.t2~t3时间内,v增大,FN <mg D.t2~t3时间内,v减小,FN >mg
【答案】D
【详解】A.由于s-t图像的斜率表示速度,可知在0~t1时间内速度增加,即乘客的加速度向下,处于失重状态,则FN<mg,A错误;B.在t1~t2时间内速度不变,即乘客的匀速下降,则FN=mg,B错误;CD.在t2~t3时间内速度减小,即乘客的减速下降,处于超重,则FN>mg,C错误,D正确。故选D。
【两类基本问题】(39T-46T)
39.(2026·陕晋青宁卷·高考真题)如图,某游乐场有一条滑道,由两段粗糙程度不同的直道组成,其中段的长度、倾角为段水平且足够长。初始时游客甲乘滑板从点由静止下滑,经过到达点,此后进入段继续滑行。游客甲和滑板的总质量段、段滑道与滑板间的动摩擦因数分别为、,其中。重力加速度取,。游客和滑板整体视为质点,不计空气阻力及在点处的机械能损失。
(1)求AB段滑道与滑板间的动摩擦因数;
(2)求AB段甲和滑板的机械能损失及动量变化量的大小;
(3)当甲到达点时,游客乙乘同样滑板恰以的速度经过点下滑。求乙到达点时与甲的距离。
【答案】(1) (2), (3)40m
【详解】(1)当甲从A点滑至B点根据,代入数据可得a=2m/s2;根据牛顿第二定律有,又因为,所以,代入数据联立可得
(2)甲从A点滑至B点损失的机械能等于这个过程中摩擦力做的功,所以有
根据前面小问可知甲下滑的加速度为a=2m/s2;根据运动学公式可得甲到达B点的速度为12m/s
所以AB段动量的变化量为
(3)乙从A滑到B的过程根据运动学公式有,代入数据解得
甲在地面上做匀减速运动,根据牛顿第二定律有,可得
甲到达B点的速度为,在4s内甲没有停止;
在内,甲运动的距离,代入数据解得,即甲乙之间的距离为40m。
40.(2023·辽宁·高考真题)某大型水陆两栖飞机具有水面滑行汲水和空中投水等功能。某次演练中,该飞机在水面上由静止开始匀加速直线滑行并汲水,速度达到v₁=80m/s时离开水面,该过程滑行距离L=1600m、汲水质量m=1.0×10⁴kg。离开水面后,飞机攀升高度h=100m时速度达到v₂=100m/s,之后保持水平匀速飞行,待接近目标时开始空中投水。取重力加速度g=10m/s²。求:
(1)飞机在水面滑行阶段的加速度a的大小及滑行时间t;
(2)整个攀升阶段,飞机汲取的水的机械能增加量ΔE。
【答案】(1),;(2)
【详解】(1)飞机做从静止开始做匀加速直线运动,平均速度为,则,解得飞机滑行的时间为,飞机滑行的加速度为
(2)飞机从水面至处,水的机械能包含水的动能和重力势能,则机械能变化量为
41.(2022·辽宁·高考真题)如图所示,一小物块从长1m的水平桌面一端以初速度v0沿中线滑向另一端,经过1s从另一端滑落。物块与桌面间动摩擦因数为μ,g取10m/s2。下列v0、μ值可能正确的是( )
A.v0= 2.5m/s B.v0= 1.5m/s C.μ = 0.28 D.μ = 0.25
【答案】B
【详解】AB.物块水平沿中线做匀减速直线运动,则,由题干知x = 1m,t = 1s,v > 0
代入数据结合全过程平均速度大于1m/s有1m/s< v0 < 2m/s,故A不可能,B可能;CD.对物块做受力分析有a = - μg,v2 - v02= 2ax,整理有v02 - 2x > 0,由于v0 < 2m/s可得μ < 0.2,故CD不可能。故选B。
42.(2022·浙江·高考真题)物流公司通过滑轨把货物直接装运到卡车中。如图所示,倾斜滑轨与水平面成24°角,长度,水平滑轨长度可调,两滑轨间平滑连接。若货物从倾斜滑轨顶端由静止开始下滑,其与滑轨间的动摩擦因数均为,货物可视为质点(取,,重力加速度)。
(1)求货物在倾斜滑轨上滑行时加速度的大小;
(2)求货物在倾斜滑轨末端时速度的大小;
(3)若货物滑离水平滑轨末端时的速度不超过2m/s,求水平滑轨的最短长度。
【答案】(1);(2);(3)
【详解】(1)根据牛顿第二定律可得,代入数据解得
(2)根据运动学公式,解得
(3)根据牛顿第二定律,根据运动学公式,代入数据联立解得
43.(2022·浙江·高考真题)第24届冬奥会将在我国举办。钢架雪车比赛的一段赛道如图1所示,长12m水平直道AB与长20m的倾斜直道BC在B点平滑连接,斜道与水平面的夹角为15°。运动员从A点由静止出发,推着雪车匀加速到B点时速度大小为8m/s,紧接着快速俯卧到车上沿BC匀加速下滑(图2所示),到C点共用时5.0s。若雪车(包括运动员)可视为质点,始终在冰面上运动,其总质量为110kg,sin15°=0.26,重力加速度取,求雪车(包括运动员)
(1)在直道AB上的加速度大小;
(2)过C点的速度大小;
(3)在斜道BC上运动时受到的阻力大小。
【答案】(1);(2)12m/s;(3)66N
【详解】(1)AB段,解得
(2)AB段,解得 BC段,
过C点的速度大小
(3)在BC段有牛顿第二定律,解得
44.(2021·浙江·高考真题)机动车礼让行人是一种文明行为。如图所示,质量的汽车以的速度在水平路面上匀速行驶,在距离斑马线处,驾驶员发现小朋友排着长的队伍从斑马线一端开始通过,立即刹车,最终恰好停在斑马线前。假设汽车在刹车过程中所受阻力不变,且忽略驾驶员反应时间。
(1)求开始刹车到汽车停止所用的时间和所受阻力的大小;
(2)若路面宽,小朋友行走的速度,求汽车在斑马线前等待小朋友全部通过所需的时间;
(3)假设驾驶员以超速行驶,在距离斑马线处立即刹车,求汽车到斑马线时的速度。
【答案】(1),;(2)20s;(3)
【详解】(1)根据平均速度,解得刹车时间,刹车加速度
根据牛顿第二定律,解得
(2)小朋友过时间,等待时间
(3)根据,解得
45.(2020·浙江·高考真题)如图1所示,有一质量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时开始计时,测得电机的牵引力随时间变化的图线如图2所示,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),竖直向下;(2)1m/s;(3)40m
【详解】(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
根据图2得此时FT=1975N,则有,方向竖直向下。
(2)结合图2根据运动学公式有
(3)根据图像可知匀速上升的位移
匀减速上升的位移
匀加速上升的位移为总位移的,则匀速上升和减速上升的位移为总位移的,则有
所以总位移为h=40m
46.(2020·全国II卷·高考真题)如图,一竖直圆管质量为M,下端距水平地面的高度为H,顶端塞有一质量为m的小球。圆管由静止自由下落,与地面发生多次弹性碰撞,且每次碰撞时间均极短;在运动过程中,管始终保持竖直。已知M =4m,球和管之间的滑动摩擦力大小为4mg, g为重力加速度的大小,不计空气阻力。
(1)求管第一次与地面碰撞后的瞬间,管和球各自的加速度大小;
(2)管第一次落地弹起后,在上升过程中球没有从管中滑出,求管上升的最大高度;
(3)管第二次落地弹起的上升过程中,球仍没有从管中滑出,求圆管长度应满足的条件。
【答案】(1)a1=2g,a2=3g;(2);(3)
【详解】(1)管第一次落地弹起的瞬间,小球仍然向下运动。设此时管的加速度大小为a1,方向向下;球的加速度大小为a2,方向向上;球与管之间的摩擦力大小为f,由牛顿运动定律有
Ma1=Mg+f ① ma2= f– mg ② 联立①②式并代入题给数据,得a1=2g,a2=3g③
(2)管第一次碰地前与球的速度大小相同。由运动学公式,碰地前瞬间它们的速度大小均为④方向均向下。管弹起的瞬间,管的速度反向,球的速度方向依然向下。
设自弹起时经过时间t1,管与小球的速度刚好相同。取向上为正方向,由运动学公式v0–a1t1= –v0+a2t1⑤
联立③④⑤式得⑥
设此时管下端的高度为h1,速度为v。由运动学公式可得⑦ ⑧
由③④⑥⑧式可判断此时v>0。此后,管与小球将以加速度g减速上升h2,到达最高点。由运动学公式有⑨
设管第一次落地弹起后上升的最大高度为H1,则H1= h1+ h2⑩
联立③④⑥⑦⑧⑨⑩式可得⑪
(3)设第一次弹起过程中球相对管的位移为x1。在管开始下落到上升H1这一过程中,由动能定理有Mg(H–H1)+mg(H–H1+x1)–4mgx1=0⑫
联立⑪⑫式并代入题给数据得⑬
同理可推得,管与球从再次下落到第二次弹起至最高点的过程中,球与管的相对位移x2为⑭
设圆管长度为L。管第二次落地弹起后的上升过程中,球不会滑出管外的条件是x1+ x2≤L⑮
联立⑪⑬⑭⑮式,L应满足条件为⑯
【连接体模型】(47T-54T)
47.(2024·全国甲卷·高考真题)如图,一轻绳跨过光滑定滑轮,绳的一端系物块P,P置于水平桌面上,与桌面间存在摩擦;绳的另一端悬挂一轻盘(质量可忽略),盘中放置砝码。改变盘中砝码总质量m,并测量P的加速度大小a,得到图像。重力加速度大小为g。在下列图像中,可能正确的是( )
A.B.C.D.
【答案】D
【详解】设P的质量为,P与桌面的动摩擦力为;以P为对象,根据牛顿第二定律可得
以盘和砝码为对象,根据牛顿第二定律可得,联立可得
可知,a-m不是线性关系,排除AC选项,可知当砝码的重力小于物块P最大静摩擦力时,物块和砝码静止,加速度为0,当砝码重力大于时,才有一定的加速度,当趋于无穷大时,加速度趋近等于。故选D。
48.(2023·福建·高考真题)(多选)如图所示,一广场小火车是由车头和车厢编组而成。假设各车厢质量均相等(含乘客),在水平地面上运行过程中阻力与车重成正比。一广场小火车共有3节车厢,车头对第一节车厢的拉力为,第一节车厢对第二节车厢的拉力为,第二节车厢对第三节车厢的拉力为,则( )
A.当火车匀速直线运动时,
B.当火车匀速直线运动时,
C.当火车匀加速直线运动时,
D.当火车匀加速直线运动时,
【答案】BD
【详解】
AB.设每节车厢重G,当火车匀速直线运动时,,
得,故A错误,B正确;
CD.当火车匀加速直线运动时,,,得T1∶T2∶T3=3∶2∶1,故C错误,D正确。故选BD。
49.(2023·北京·高考真题)如图所示,在光滑水平地面上,两相同物块用细线相连,两物块质量均为1kg,细线能承受的最大拉力为2N。若在水平拉力F作用下,两物块一起向右做匀加速直线运动。则F的最大值为( )
A.1N B.2N C.4N D.5N
【答案】C
【详解】对两物块整体做受力分析有
F = 2ma
再对于后面的物块有
FTmax= ma
FTmax= 2N
联立解得
F = 4N
故选C。
50.(2022·江苏·高考真题)如图所示,轻质弹簧一端固定,另一端与物块A连接在一起,处于压缩状态,A由静止释放后沿斜面向上运动到最大位移时,立即将物块B轻放在A右侧,A、B由静止开始一起沿斜面向下运动,下滑过程中A、B始终不分离,当A回到初始位置时速度为零,A、B与斜面间的动摩擦因数相同、弹簧未超过弹性限度,则( )
A.当上滑到最大位移的一半时,A的加速度方向沿斜面向下
B.A上滑时、弹簧的弹力方向不发生变化
C.下滑时,B对A的压力先减小后增大
D.整个过程中A、B克服摩擦力所做的总功大于B的重力势能减小量
【答案】B
【详解】B.由于A、B在下滑过程中不分离,设在最高点的弹力为F,方向沿斜面向下为正方向,斜面倾角为θ,AB之间的弹力为FAB,摩擦因素为μ,刚下滑时根据牛顿第二定律对AB有
对B有,联立可得
由于A对B的弹力FAB方向沿斜面向上,故可知在最高点F的方向沿斜面向上;由于在最开始弹簧弹力也是沿斜面向上的,弹簧一直处于压缩状态,所以A上滑时、弹簧的弹力方向一直沿斜面向上,不发生变化,故B正确;
A.设弹簧原长在O点,A刚开始运动时距离O点为x1,A运动到最高点时距离O点为x2;下滑过程AB不分离,则弹簧一直处于压缩状态,上滑过程根据能量守恒定律可得
化简得
当位移为最大位移的一半时有,带入k值可知F合=0,即此时加速度为0,故A错误;
C.根据B的分析可知
再结合B选项的结论可知下滑过程中F向上且逐渐变大,则下滑过程FAB逐渐变大,根据牛顿第三定律可知B对A的压力逐渐变大,故C错误;
D.整个过程中弹力做的功为0,A重力做的功为0,当A回到初始位置时速度为零,根据功能关系可知整个过程中A、B克服摩擦力所做的总功等于B的重力势能减小量,故D错误。故选B。
51.(2022·全国甲卷·高考真题)(多选)如图,质量相等的两滑块P、Q置于水平桌面上,二者用一轻弹簧水平连接,两滑块与桌面间的动摩擦因数均为。重力加速度大小为g。用水平向右的拉力F拉动P,使两滑块均做匀速运动;某时刻突然撤去该拉力,则从此刻开始到弹簧第一次恢复原长之前( )
A.P的加速度大小的最大值为
B.Q的加速度大小的最大值为
C.P的位移大小一定大于Q的位移大小
D.P的速度大小均不大于同一时刻Q的速度大小
【答案】AD
【详解】设两物块的质量均为m,撤去拉力前,两滑块均做匀速直线运动,则拉力大小为
撤去拉力前对Q受力分析可知,弹簧的弹力为
AB.从此刻开始到弹簧第一次恢复原长之前的过程中,以向右为正方向,撤去拉力瞬间弹簧弹力不变为,两滑块与地面间仍然保持相对滑动,此时滑块P的加速度为,解得
此刻滑块Q所受的外力不变,加速度仍为零,过后滑块P做减速运动,故PQ间距离减小,弹簧的伸长量变小,弹簧弹力变小。根据牛顿第二定律可知P减速的加速度减小,滑块Q的合外力增大,合力向左,做加速度增大的减速运动。故P加速度大小的最大值是刚撤去拉力瞬间的加速度为。
Q加速度大小最大值为弹簧恢复原长时,解得,故滑块Q加速度大小最大值为,A正确,B错误;
C.滑块PQ水平向右运动,PQ间的距离在减小,故P的位移一定小于Q的位移,C错误;
D.滑块P在弹簧恢复到原长时的加速度为,解得
撤去拉力时,PQ的初速度相等,滑块P由开始的加速度大小为做加速度减小的减速运动,最后弹簧原长时加速度大小为;滑块Q由开始的加速度为0做加速度增大的减速运动,最后弹簧原长时加速度大小也为。分析可知P的速度大小均不大于同一时刻Q的速度大小,D正确。故选AD。
52.(2022·全国乙卷·高考真题)如图,一不可伸长轻绳两端各连接一质量为m的小球,初始时整个系统静置于光滑水平桌面上,两球间的距离等于绳长L。一大小为F的水平恒力作用在轻绳的中点,方向与两球连线垂直。当两球运动至二者相距时,它们加速度的大小均为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【详解】当两球运动至二者相距时,,如图所示
由几何关系可知
设绳子拉力为,水平方向有,解得
对任意小球由牛顿第二定律可得,解得,故A正确,BCD错误。故选A。
53.(2021·海南·高考真题)如图,两物块P、Q用跨过光滑轻质定滑轮的轻绳相连,开始时P静止在水平桌面上。将一个水平向右的推力F作用在P上后,轻绳的张力变为原来的一半。已知P、Q两物块的质量分别为、,P与桌面间的动摩擦因数,重力加速度。则推力F的大小为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【详解】P静止在水平桌面上时,由平衡条件有,
推力F作用在P上后,轻绳的张力变为原来的一半,即,故Q物体加速下降,有
可得;而P物体将有相同的加速度向右加速而受滑动摩擦力,对P由牛顿第二定律,解得,故选A。
54.(2017·海南·高考真题)如图,水平地面上有三个靠在一起的物块P、Q和R,质量分别为m、2m和3m,物块与地面间的动摩擦因数都为μ。用大小为F的水平外力推动物块P,设R和Q之间相互作用力与Q与P之间相互作用力大小之比为k。下列判断正确的是()
A.若μ≠0,则k= B.若μ≠0 , k =
C.若μ=0,则 D.若μ=0,则
【答案】D
【详解】三物块靠在一起,将以相同加速度向右运动;则加速度大小:,所以,和之间相互作用力为:
与之间相互作用力:
所以可得:,由于谈论过程与是否为零无关,故有恒成立;
A.与分析不符,故A错误;B.与分析不符,故B错误;C.与分析不符,故C错误;D.与分析相符,故D正确;故选D。
【传送带与板块模型】(55T-68T)
55.(2026·四川·高考真题)如图所示,以恒定速率运行的传送带上有甲、乙两物块,二者与传送带相对静止,由不可伸长轻绳连接,之间无间隙。甲、乙质量均为,与传送带间的动摩擦因数分别、。某时刻、对乙施加水平向右的外力使其以恒定加速度(为重力加速度大小)运动,经时间撤去外力、再经时间绳绷直。甲、乙均可视为质点、传送带足够长。则( )
A.和满足
B.从撤去外力到绳绷直,因摩擦产生的热量为
C.绳绷直后瞬间甲的动能为
D.绳绷直以后甲、乙不会发生碰撞
【答案】D
【详解】以传送带为参考系,初始甲乙均静止。A.施加外力过程,乙的最大速度,撤去外力后,乙的加速度大小,经时间绳绷直,此时乙还有向右的速度或恰好相对传送带静止,说明,故,故A错误;
B.绳绷直时乙的速度,从撤去外力到绳绷直,乙的路程(以下所指路程均为相对传送带运动的距离)为,因摩擦产生的热量,故B错误;
C.绳绷直瞬间,根据动量守恒,解得
此速度为相对传送带的速度,此时甲的对地速度要大于,则其动能大于,故C错误;
D.绳绷直以后甲、乙相对传送带速度均为,从绷直到乙相对传送带静止,乙的路程为,从绷直到甲相对传送带静止,甲的加速度为,甲的路程为
从施加外力到绳绷直过程乙的路程为,比较可知
故绳绷直以后甲、乙不会发生碰撞,故D正确。故选D。
56.(2025·浙江·高考真题)某兴趣小组设计了一传送装置,其竖直截面如图所示。AB是倾角为的斜轨道,BC是以恒定速率顺时针转动的足够长水平传送带,紧靠C端有半径为R、质量为M置于光滑水平面上的可动半圆弧轨道,水平面和传送带BC处于同一高度,各连接处平滑过渡。现有一质量为m的物块,从轨道AB上与B相距L的P点由静止下滑,经传送带末端C点滑入圆弧轨道。物块与传送带间的动摩擦因数为,其余接触面均光滑。已知,,,,,,。不计空气阻力,物块可视为质点,传送带足够长。求物块
(1)滑到B点处的速度大小;
(2)从B点运动到C点过程中摩擦力对其做的功;
(3)在传送带上滑动过程中产生的滑痕长度;
(4)即将离开圆弧轨道最高点的瞬间,受到轨道的压力大小。
【答案】(1)4m/s (2)0.9J (3)0.2m (4)3N
【详解】(1)滑块从P点到B点由动能定理
解得到达B点的速度
(2)物块滑上传送带后做加速运动直到与传送带共速,摩擦力对其做的功
(3)物块在传送带上加速运动的加速度为
加速到共速时用时间
在传送带上滑动过程中产生的滑痕长度
(4)从滑块开始进入圆弧槽到到达圆弧槽最高点由水平方向动量守恒和能量关系可知,,联立解得
(另一组,因不合实际舍掉)
对滑块在最高点时由牛顿第二定律,解得F=3N
57.(2025·福建·高考真题)(多选)如图,物块A、B用轻弹簧连接并放置于水平传送带上,传送带以1m/s的恒定速率顺时针转动。t=0时,A的速度大小为2m/s,方向水平向右,B的速度为0,弹簧处于原长,t=t1时(t1为未知量),A第一次与传送带共速,弹簧弹性势能0.75J。已知A、B可视为质点,质量分别为1kg、2kg,与传送带的动摩擦因数为0.5、0.25;A与传送带相对滑动时会留下痕迹,重力加速度大小取,A、B始终在传送带上,弹簧始终在弹性限度内,则( )
A.在t=时,A的加速度大小比B的小
B.t=t1时,B的速度大小为0.5m/s
C.t=t1时,弹簧的压缩量为0.2m
D.0﹣t1过程中,A在传送带上留下的划痕长度小于0.05m
【答案】BD
【详解】AB.根据题意可知传送带对AB的滑动摩擦力大小相等都为
初始时A向右减速,B向右加速,故可知在A与传送带第一次共速前,AB整体所受合外力为零,系统动量守恒有,,代入数值解得t=t1时,B的速度为
在A与传送带第一次共速前,对任意时刻对AB根据牛顿第二定律有,
由于,故可知,故A错误,B正确;
C.在时间内,设AB向右的位移分别为,,由功能关系有
解得,故弹簧的压缩量为,故C错误;
D.A与传送带的相对位移为,B与传送带的相对为,故可得
由于时间内A向右做加速度逐渐增大的减速运动,B向右做加速度逐渐增大的加速运动,且满足,作出AB的图像
可知等于图形的面积,等于图形的面积,故可得
结合,可知,故D正确。故选BD。
58.(2025·广西·高考真题)图甲为某智能分装系统工作原理示意图,每个散货经倾斜传送带由底端A运动到顶端B后水平抛出,撞击冲量式传感器使其输出一个脉冲信号,随后竖直掉入以与水平传送带共速度的货箱中,此系统利用传感器探测散货的质量,自动调节水平传送带的速度,实现按规格分装。倾斜传送带与水平地面夹角为,以速度匀速运行。若以相同的时间间隔将散货以几乎为0的速度放置在倾斜传送带底端A,从放置某个散货时开始计数,当放置第10个散货时,第1个散货恰好被水平抛出。散货与倾斜传送带间的动摩擦因数,到达顶端前已与传送带共速。设散货与传感器撞击时间极短,撞击后竖直方向速度不变,水平速度变为0。每个长度为d的货箱装总质量为M的一批散货。若货箱之间无间隔,重力加速度为g。分装系统稳定运行后,连续装货,某段时间传感器输出的每个脉冲信号与横轴所围面积为I如图乙,求这段时间内:
(1)单个散货的质量。
(2)水平传送带的平均传送速度大小。
(3)倾斜传送带的平均输出功率。
【答案】(1) (2) (3)
【详解】(1)某段时间传感器输出的每个脉冲信号与横轴所围面积为I,可知受到的冲量为I,则对单个散货水平方向由动量定理
解得单个散货的质量为
(2)落入货箱中散货的个数为
则水平传送带的平均传送速度大小为
(3)倾斜传动带上一共有10个物块,每次经过,后一个物块总会到达前一个物块的位置,因此在时间可视为第10个物块一次性传输到第1个物块的位置;设倾斜传送带的长度为L,其中散货在加速阶段,由牛顿第二定律
解得
加速时间
加速位移
设匀速时间为,其中
则匀速位移为
故传送带的长度为
加速阶段散货与传送带发生的相对位移为
在时间内传送带对外输出的功率分别用于提升物块的高度和增加物块的动能,即
其中,
联立可得倾斜传送带的平均输出功率为
59.(2024·安徽·高考真题)倾角为的传送带以恒定速率顺时针转动。时在传送带底端无初速轻放一小物块,如图所示。时刻物块运动到传送带中间某位置,速度达到。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.
【答案】C
【详解】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。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。故选C。
60.(2024·贵州·高考真题)如图,半径为的四分之一光滑圆轨道固定在竖直平面内,其末端与水平地面相切于P点,的长度。一长为的水平传送带以恒定速率逆时针转动,其右端与地面在M点无缝对接。物块a从圆轨道顶端由静止释放,沿轨道下滑至P点,再向左做直线运动至M点与静止的物块b发生弹性正碰,碰撞时间极短。碰撞后b向左运动到达传送带的左端N时,瞬间给b一水平向右的冲量I,其大小为。以后每隔给b一相同的瞬时冲量I,直到b离开传送带。已知a的质量为的质量为,它们均可视为质点。a、b与地面及传送带间的动摩擦因数均为,取重力加速度大小。求:
(1)a运动到圆轨道底端时轨道对它的支持力大小;
(2)b从M运动到N的时间;
(3)b从N运动到M的过程中与传送带摩擦产生的热量。
【答案】(1)30N (2)3.2s (3)95J
【详解】(1)a从静止释放到圆轨道底端过程,根据机械能守恒定律
在点,设轨道对它的支持力大小为,根据牛顿第二定律
联立解得
(2)a从静止释放到M点过程中,根据动能定理
解得与发生弹性碰撞的过程,根据动量守恒定律和机械能守恒定律有,解得滑上传送带后,根据牛顿第二定律,解得
的速度减小到与传送带速度相等所需的时间
对地位移
此后做匀速直线运动,到达传送带最左端还需要的时间b从M运动到N的时间
(3)设向右为正方向,瞬间给b一水平向右的冲量,对根据动量定理
解得向右减速到零所需的时间,然后向左加速到所需的时间,可得
在时间内向右运动的距离
循环10次后向右运动的距离
每一次相对传动带运动的路程b从N向右运动3m的过程中与传送带摩擦产生的热量
然后继续向右减速运动,根据运动学公式,解得
此过程,b相对传动带运动的路程
此过程中与传送带摩擦产生的热量b从N运动到M的过程中与传送带摩擦产生的热量
61.(2021·辽宁·高考真题)机场地勤工作人员利用传送带从飞机上卸行李。如图所示,以恒定速率v1=0.6m/s运行的传送带与水平面间的夹角,转轴间距L=3.95m。工作人员沿传送方向以速度v2=1.6m/s从传送带顶端推下一件小包裹(可视为质点)。小包裹与传送带间的动摩擦因数μ=0.8。取重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:
(1)小包裹相对传送带滑动时加速度的大小a;
(2)小包裹通过传送带所需的时间t。
【答案】(1);(2)
【详解】(1)小包裹的速度大于传动带的速度,所以小包裹受到传送带的摩擦力沿传动带向上,根据牛顿第二定律可知,解得
(2)根据(1)可知小包裹开始阶段在传动带上做匀减速直线运动,用时
在传动带上滑动的距离为
因为小包裹所受滑动摩擦力大于重力沿传动带方向上的分力,即,所以小包裹与传动带共速后做匀速直线运动至传送带底端,匀速运动的时间为
所以小包裹通过传送带的时间为
62.(2020·全国III卷·高考真题)如图,相距L=11.5m的两平台位于同一水平面内,二者之间用传送带相接。传送带向右匀速运动,其速度的大小v可以由驱动系统根据需要设定。质量m=10 kg的载物箱(可视为质点),以初速度v0=5.0 m/s自左侧平台滑上传送带。载物箱与传送带间的动摩擦因数μ= 0.10,重力加速度取g =10m/s2。
(1)若v=4.0 m/s,求载物箱通过传送带所需的时间;
(2)求载物箱到达右侧平台时所能达到的最大速度和最小速度;
(3)若v=6.0m/s,载物箱滑上传送带后,传送带速度突然变为零。求载物箱从左侧平台向右侧平台运动的过程中,传送带对它的冲量。
【答案】(1)2.75s;(2) , ;(3)0,方向竖直向上
【详解】(1)传送带的速度为时,载物箱在传送带上先做匀减速运动,设其加速度为a,由牛顿第二定律有: ①
设载物箱滑上传送带后匀减速运动的距离为x1,由运动学公式有②
联立①②式,代入题给数据得x1=4.5m;③
因此,载物箱在到达右侧平台前,速度先减小至v,然后开始做匀速运动,设载物箱从滑上传送带到离开传送带所用的时间为t1,做匀减速运动所用的时间为t2,由运动学公式有 ④ ⑤
联立①③④⑤式并代入题给数据有t1=2.75s;⑥
(2)当载物箱滑上传送带后一直做匀减速运动时,到达右侧平台时的速度最小,设为v1,当载物箱滑上传送带后一直做匀加速运动时,到达右侧平台时的速度最大,设为v2.由动能定理有⑦⑧,由⑦⑧式并代入题给条件得,⑨
(3)传送带的速度为时,由于,载物箱先做匀加速运动,加速度大小仍a。设载物箱做匀加速运动通过的距离为x2,所用时间为t3,由运动学公式有 ⑩ ⑪
联立①⑩⑪式并代入题给数据得t3=1.0s⑫ x2=5.5m⑬
因此载物箱加速运动1.0s、向右运动5.5m时,达到与传送带相同的速度。此后载物箱与传送带共同匀速运动的时间后,传送带突然停止,设载物箱匀速运动通过的距离为x3有 ⑭
由①⑫⑬⑭式可知
即载物箱运动到右侧平台时速度大于零,设为v3,由运动学公式有, ⑮,则,减速运动时间
设载物箱通过传送带的过程中,传送带在水平方向上和竖直方向上对它的冲量分别为I1、I2。由动量定理有 ,方向竖直向上
则在整个过程中,传送带给载物箱的冲量,方向竖直向上
63.(2024·新疆河南·高考真题)如图,一长度的均匀薄板初始时静止在一光滑平台上,薄板的右端与平台的边缘O对齐。薄板上的一小物块从薄板的左端以某一初速度向右滑动,当薄板运动的距离时,物块从薄板右端水平飞出;当物块落到地面时,薄板中心恰好运动到O点。已知物块与薄板的质量相等。它们之间的动摩擦因数,重力加速度大小。求
(1)物块初速度大小及其在薄板上运动的时间;
(2)平台距地面的高度。
【答案】(1)4m/s;;(2)
【详解】(1)物块在薄板上做匀减速运动的加速度大小为,薄板做加速运动的加速度;对物块;对薄板,解得,
(2)物块飞离薄板后薄板得速度
物块飞离薄板后薄板做匀速运动,物块做平抛运动,则当物块落到地面时运动的时间为
则平台距地面的高度
64.(2024·吉林·高考真题)(多选)一足够长木板置于水平地面上,二者间的动摩擦因数为μ。时,木板在水平恒力作用下,由静止开始向右运动。某时刻,一小物块以与木板等大、反向的速度从右端滑上木板。已知到的时间内,木板速度v随时间t变化的图像如图所示,其中g为重力加速度大小。时刻,小物块与木板的速度相同。下列说法正确的是( )
A.小物块在时刻滑上木板 B.小物块和木板间动摩擦因数为2μ
C.小物块与木板的质量比为3︰4 D.之后小物块和木板一起做匀速运动
【答案】ABD
【详解】A.图像的斜率表示加速度,可知时刻木板的加速度发生改变,故可知小物块在时刻滑上木板,故A正确;
B.结合图像可知时刻,木板的速度为
设小物块和木板间动摩擦因数为,由题意可知物体开始滑上木板时的速度为,负号表示方向水平向左,物块在木板上滑动的加速度为
经过时间与木板共速此时速度大小为,方向水平向右,故可得,解得
故B正确;
C.设木板质量为M,物块质量为m,根据图像可知物块未滑上木板时,木板的加速度为
故可得,解得
根据图像可知物块滑上木板后木板的加速度为
此时对木板由牛顿第二定律得,解得,故C错误;
D.假设之后小物块和木板一起共速运动,对整体
故可知此时整体处于平衡状态,假设成立,即之后小物块和木板一起做匀速运动,故D正确。故选ABD。
65.(2023·海南·高考真题)如图所示,有一固定的光滑圆弧轨道,半径,一质量为的小滑块B从轨道顶端滑下,在其冲上长木板C左端时,给木板一个与小滑块相同的初速度,已知,B、C间动摩擦因数,C与地面间的动摩擦因数,C右端有一个挡板,C长为。
求:
(1)滑到的底端时对的压力是多大?
(2)若未与右端挡板碰撞,当与地面保持相对静止时,间因摩擦产生的热量是多少?
(3)在时,B与C右端挡板发生碰撞,且碰后粘在一起,求从滑上到最终停止所用的时间。
【答案】(1)30N;(2)1.6J;(3)
【详解】(1)滑块下滑到轨道底部,有,解得
在底部,根据牛顿第二定律,解得,由牛顿第三定律可知B对A的压力是。
(2)当B滑上C后,对B分析,受摩擦力向左,根据牛顿第二定律得
解得加速度向左为
对C分析,受B向右的摩擦力和地面向左的摩擦力
根据牛顿第二定律
解得其加速度向左为
由运动学位移与速度关系公式,得B向右运动的距离
C向右运动距离
由功能关系可知,B、C间摩擦产生的热量,可得
(3)由上问可知,若B还末与C上挡板碰撞,C先停下,用时为,有,解得
B的位移为,则此刻的相对位移为
此时
由,一定是C停下之后,B才与C上挡板碰撞。设再经时间B与C挡板碰撞,有,解得
碰撞时B速度为
碰撞时由动量守恒可得
解得碰撞后B、C速度为
之后二者一起减速,根据牛顿第二定律得
后再经后停下,则有
故从滑上到最终停止所用的时间总时间
66.(2021·全国乙卷·高考真题)(多选)水平地面上有一质量为的长木板,木板的左端上有一质量为的物块,如图(a)所示。用水平向右的拉力F作用在物块上,F随时间t的变化关系如图(b)所示,其中、分别为、时刻F的大小。木板的加速度随时间t的变化关系如图(c)所示。已知木板与地面间的动摩擦因数为,物块与木板间的动摩擦因数为,假设最大静摩擦力均与相应的滑动摩擦力相等,重力加速度大小为g。则( )
A. B.
C. D.在时间段物块与木板加速度相等
【答案】BCD
【详解】A.图(c)可知,t1时滑块木板一起刚在从水平滑动,此时滑块与木板相对静止,木板刚要滑动,此时以整体为对象有,A错误;
BC.图(c)可知,t2滑块与木板刚要发生相对滑动,以整体为对象, 根据牛顿第二定律,有
以木板为对象,根据牛顿第二定律,有,解得,BC正确;
D.图(c)可知,0~t2这段时间滑块与木板相对静止,所以有相同的加速度,D正确。故选BCD。
67.(2019·江苏·高考真题)如图所示,质量相等的物块A和B叠放在水平地面上,左边缘对齐.A与B、B与地面间的动摩擦因数均为μ.先敲击A,A立即获得水平向右的初速度,在B上滑动距离L后停下.接着敲击B,B立即获得水平向右的初速度,A、B都向右运动,左边缘再次对齐时恰好相对静止,此后两者一起运动至停下.最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g.求:
(1)A被敲击后获得的初速度大小vA;
(2)在左边缘再次对齐的前、后,B运动加速度的大小aB、aB';
(3)B被敲击后获得的初速度大小vB.
【答案】(1);(2)aB=3μg,aB′=μg;(3)
【详解】(1)由牛顿运动定律知,A加速度的大小aA=μg 匀变速直线运动2aAL=vA2,解得
(2)设A、B的质量均为m
对齐前,B所受合外力大小F=3μmg
由牛顿运动定律F=maB,得aB=3μg
对齐后,A、B所受合外力大小F′=2μmg
由牛顿运动定律F′=2maB′,得aB′=μg
(3)经过时间t,A、B达到共同速度v,位移分别为xA、xB,A加速度的大小等于aA
则v=aAt,v=vB–aBt,,且xB–xA=L,解得.
67.(2019·全国III卷·高考真题)(多选)如图(),物块和木板叠放在实验台上,物块用一不可伸长的细绳与固定在实验台上的力传感器相连,细绳水平。t=0时,木板开始受到水平外力F的作用,在t=4s时撤去外力。细绳对物块的拉力f随时间t变化的关系如图(b)所示,木板的速度v与时间t的关系如图(c)所示。木板与实验台之间的摩擦可以忽略,重力加速度取。由题给数据可以得出
A.木板的质量为1kg
B.2s~4s内,力F的大小为0.4N
C.0~2s内,力F的大小保持不变
D.物块与木板之间的动摩擦因数为0.2
【答案】AB
【详解】AB.由图(c)可以看出,在2-5s内木板与物块发生相对滑动,此时物块与木板间的摩擦力为滑动摩擦力,结合图(b)可知滑动摩擦力的大小为
设2-4s内木板的加速度为,4-5s内木板的加速度为,结合图像由
可得2-4s内木板的加速度为
同理可得4-5s内木板的加速度为
木板在4-5s内的牛顿第二定律方程为
代入数据解得木板的质量为
木板在2-4s内的牛顿第二定律方程为
解得在2-4s内力F的大小为,故AB正确;
C.结合图(b)、图(c)两图像可判断出0-2s内物块和木板还未发生相对滑动,它们之间的摩擦力为静摩擦力,此过程力F的大小等于细线对物块的拉力f的大小,观察图象可知,这段时间内是变化的,所以F在此过程中是变力,故C错误;
D.根据动摩擦因数的计算公式,可知物块与木板之间的动摩擦因数为
由于不知道物块的质量,所以无法计算它们之间的动摩擦因数,故D错误。故选AB。
68.(2017·全国III卷·高考真题)如图,两个滑块A和B的质量分别为mA=1 kg 和mB=5 kg,放在静止于水平地面上的木板的两端,两者与木板间的动摩擦因数均为μ1=0.5,木板的质量为m=4 kg,与地面间的动摩擦因数为μ2=0.1。某时刻A、B两滑块开始相向滑动,初速度大小均为v0=3 m/s。A、B相遇时,A与木板恰好相对静止。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度大小g=10 m/s2。求:
(1)B与木板相对静止时,木板的速度大小;
(2)木板在地面上运动的距离一共是多少?
【答案】(1)1 m/s;(2)0.55m
【详解】(1)对B分析有 ,解得物块B加速度大小为
对木板分析有 ,解得木板加速度大小为
设B与木板相对静止时间为t1,由运动学公式可得,解得
则B与木板相对静止时,木板的速度大小为
(2)对A分析有 ,解得物块A加速度大小为
由于A与B初速度与加速度大小相等,所以当B速度减为时 ,A速度大小也减为
B与木板相对静止后,对B与木板整体有
解得B与木板的加速度大小为
设经时间t2,A与木板共速,取向右为正方向,由公式可得
代入数据解得
此时三者具有共同速度为
最后三者一起做匀减速运动,则可得
解得共同加速度大小为
木板在地面上运动的距离为
【牛顿定律与图像的结合】(69T-71T)
69.(2025·甘肃·高考真题)如图1所示,细杆两端固定,质量为m的物块穿在细杆上。初始时刻。物块刚好能静止在细杆上。现以水平向左的力F作用在物块上,F随时间t的变化如图2所示。开始滑动瞬间的滑动摩擦力等于最大静摩擦力。细杆足够长,重力加速度为g,θ=30°。
求:
(1)t=6s时F的大小,以及t在0~6s内F的冲量大小。
(2)t在0~6s内,摩擦力f随时间t变化的关系式,并作出相应的f−t图像。
(3)t=6s时,物块的速度大小。
【答案】(1), (2) (3)
【详解】(1)由图2可知F随时间线性变化,根据数学知识可知,所以当t=6s时,
0~6s内F的冲量为F−t图围成的面积,即
(2)由于初始时刻。物块刚好能静止在细杆上,则有,即
在垂直杆方向,当时,
则0−4s,垂直杆方向
摩擦力
在4−6s内,垂直杆方向
摩擦力
相应的f−t图像如图
(3)在0~6s内沿杆方向根据动量定理有
在0~6s内摩擦力的冲量为f−t图围成的面积,则
联立有,可得
70.(2025·陕晋青宁卷·高考真题)某智能物流系统中,质量为20kg的分拣机器人沿水平直线轨道运动,受到的合力沿轨道方向,合力F随时间t的变化如图所示,则下列图像可能正确的是( )
A.B.C.D.
【答案】A
【详解】根据牛顿第二定律和题图的F—t图画出如图所示的a—t图像
可知机器人在0 ~ 1s和2 ~ 3s内加速度大小均为1m/s2,方向相反,由v—t图线的斜率表示加速度可知A正确。故选A。
71.(2023·全国甲卷·高考真题)(多选)用水平拉力使质量分别为、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和。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. B. C. D.
【答案】BC
【详解】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<μ乙,故选BC。
为则易 第 行则至
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$2027年高考物理一轮命题点梳理与真题实战
命题点01 牛顿第一定律 1
一、力与运动关系的认识 1
二、牛顿第一定律 1
三、惯性 1
命题点02 牛顿第二定律 2
一、牛顿第二定律 2
二、两类基本动力学问题的求解步骤 2
三、超重和失重 3
四、瞬时类问题 4
五、连接体问题 4
六、等时圆模型 5
七、临界值问题 6
八、板块问题 6
九、传动带问题 9
十、图像问题 10
命题点03 牛顿第三定律 11
一、作用力和反作用力 11
二、牛顿第三定律 11
三、作用力与反作用力和一对平衡的辨析 11
【真题实战】 12
【牛顿第一定律】(1T-4T) 12
【牛顿第二定律】(5T-24T) 13
【牛顿第三定律】(25T-29T) 24
【力学单位制】(30T-34T) 27
【超失重问题】(35T-38T) 29
【两类基本问题】(39T-46T) 30
【连接体模型】(47T-54T) 35
【传送带与板块模型】(55T-68T) 40
【牛顿定律与图像的结合】(69T-71T) 54
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第04讲 牛顿运动定律
命题点01 牛顿第一定律
一、力与运动关系的认识
1.历史上的观点:亚里士多德、伽利略、笛卡尔及牛顿对力与运动关系的认识。
2.理想实验:它是在经验事实基础上采用科学的抽象思维来展开的实验,是人们在思想上塑造的理想过程.
二、牛顿第一定律
1.内容:一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态为止.
2.对牛顿第一定律的理解
①牛顿第一定律揭示了运动和力的关系,运动是物体的一种属性,物体的运动不需要力来维持。
②运动状态的改变指速度的改变,速度改变则必有加速度,故力是改变物体运动状态的原因,或称力是产生加速度的原因.
②保持静止或匀速直线运动状态是物体的固有属性,这一属性称为惯性,因此牛顿第一定律也叫作惯性定律.
③牛顿第一定律不能用实验直接验证.不受力的物体是不存在的.牛顿第一定律是在可靠的实验事实(如伽利略斜面实验)基础上采用科学的逻辑推理得出的结论.它告诉了人们研究物理问题的另一种新方法:通过观察大量的实验现象,利用人的逻辑思维,从大量现象中寻找事物的规律.
④牛顿第一定律是牛顿第二定律的基础,不能简单地认为它是牛顿第二定律不受外力时的特例,牛顿第一定律告诉我们改变运动状态需要力,力是如何改变物体运动状态及他们的定量关系则由牛顿第二定律来回答。牛顿第一定律是经过科学抽象、归纳推理总结出来的,而牛顿第二定律是一条实验定律。
三、惯性
1.定义:物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质.
2.决定因素:质量是物体惯性大小的唯一量度, 与物体是否受力、是否运动及所处的位置无关.
3.对惯性的理解:惯性是物体的固有属性,是物体固有的,即一切物体都有惯性,与物体的受力情况及运动状态无关.物体的惯性总是以“保持原状”“反抗改变”两种形式表现出来,人们只能“利用”惯性而不能“克服”惯性.
4.惯性的表现形式
①物体不受外力或所受的合外力为零时,惯性表现为物体保持匀速直线运动状态或静止状态.
②物体受到外力且合外力不为零时,惯性表现为物体运动状态改变的难易程度.惯性越大,物体的运动状态越难改变.
命题点02 牛顿第二定律
一、牛顿第二定律
1.定义:物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比,跟它的质量成反比,加速度的方向跟作用力的方向相同.
2.表达式:
3.对牛顿第二定律的理解
①牛顿第二定律定量揭示了力与运动的关系,即知道了力,可根据牛顿第二定律,分析出物体的运动规律;反过来,知道了运动,可根据牛顿第二定律研究其受力情况。牛顿第二定律为设计运动,控制运动提供了理论基础.
②因果性:对牛顿第二定律的数学表达式,是力,力是产生加速度的原因,加速度是作用的结果,是力的作用效果,
③加速度的方向由物体所受合外力的方向决定,二者总是相同.即任一瞬间,a的方向均与合外力方向相同.
④瞬时性:牛顿第二定律揭示的是力的瞬间效果,对运动过程的每一瞬间成立,且瞬时力决定瞬时加速度.即作用在物体上的力与它的效果是瞬时对应关系,物体在某一时刻加速度的大小和方向是由该物体在这一时刻所受到的合外力的大小和方向决定的,力变加速度就变,力撤除加速度就为零.注意力的瞬间效果是加速度而不是速度,加速度可以突变,速度不能突变.
④矢量性:牛顿第二定律,是矢量,也是矢量,且与 的方向总是一致的.
⑤独立性:可以进行合成与分解,也可以进行合成与分解. 作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都满足;力和加速度在各个方向上的分量也满足,即,;物体的实际加速度等于每个力产生的加速度的矢量和;
⑥同一性:加速度a是相对同一个惯性参考系(一般指地面)的;中、、对应同一个物体或同一个系统,且各量统一使用国际单位。
4. 牛顿运动定律的适用范围:宏观低速的物体和在惯性系中。
二、两类基本动力学问题的求解步骤
1.确定研究对象:根据问题需要和解题方便,选择某个物体或某几个物体组成的系统整体为研究对象.
2.分析受力情况和运动情况:画好示意图、情景示意图,明确物体的运动性质和运动过程;
3.选取正方向或建立坐标系:通常以初速度方向为正方向,若无初速度则以加速度的方向为某一坐标轴的正方向.
4.确定题目类型:
①已知运动求力类问题→确定加速度:寻找题目中3个运动量(),根据运动学公式()求解
②已知力求运动类问题→确定合力:若以物体只受到两个力作用,通常用合成法;若受到3个及3个以上的力,一般用正交分解法.求解
5.列方程求解剩下物理量:根据牛顿第二定律或者列方程求解,必要时对结果进行讨论
【技巧点拨】解题关键
①两类分析——物体的受力分析和物体的运动过程分析;
②两个桥梁——加速度是联系运动和力的桥梁;速度是各物理过程间相互联系的桥梁.
三、超重和失重
1.实重和视重
①实重:物体实际所受的重力,与物体的运动状态无关.
②视重:当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时,弹簧测力计或台秤的示数称为视重.
2.超重:物体有向上的加速度称物体处于超重.处于超重的物体对支持面的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体的重力,即.可能情况:①加速上升;②减速下降。
3.失重:物体有向下的加速度称物体处于失重.处于失重的物体对支持面的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体的重力.即.可能情况:①加速下降;②减速上升。
4.完全失重:当时,物体处于完全失重.可能情况:①自由落体和所有的抛体运动;②绕地球做匀速圆周运动的卫星、飞船等。
5.判断超重和失重的方法
①从受力的角度判断:当物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力时,物体处于超重状态;小于重力时,物体处于失重状态;等于零时,物体处于完全失重状态.
②从加速度的角度判断:当物体具有向上的(分)加速度时,物体处于超重状态;具有向下的(分)加速度时,物体处于失重状态;向下的加速度等于重力加速度时,物体处于完全失重状态.
【技巧点拨】
①不管物体处于失重状态还是超重状态,物体本身的重力并没有改变,只是物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)不等于物体本身的重力.
②超重或失重现象与物体的速度、速度变化和运动方向均无关,只决定于加速度的方向.“加速上升”和“减速下降”都是超重;“加速下降”和“减速上升”都是失重.
③在完全失重的状态下,平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失,如单摆停摆、天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生压强等.
四、瞬时类问题
1.解题依据:当物体所受合外力发生变化时,加速度也随着发生变化,而物体运动的速度不能发生突变.
2.两种基本模型的特点
①刚性绳(或接触面)模型:这种不发生明显形变就能产生弹力的物体,剪断(或脱离)后,形变恢复几乎不需要时间,故认为弹力可以立即改变或消失.
②弹簧(或橡皮绳)模型:此种物体的特点是形变量大,形变恢复需要较长时间,在瞬时问题中,在弹簧(或橡皮绳)的自由端连接有物体时其弹力的大小不能突变,往往可以看成是瞬间不变的.
3.基本方法
①分析原状态(给定状态)下物体的受力情况,明确各力大小.
②分析当状态变化时(烧断细线、剪断弹簧、抽出木板、撤去某个力等),哪些力变化,哪些力不变,哪些力消失(被剪断的绳、弹簧中的弹力、发生在被撤去物体接触面上的弹力都立即消失).
③求物体在状态变化后所受的合外力,利用牛顿第二定律,求出瞬时加速度.
五、连接体问题
1.连接体:两个或两个以上相互作用的物体组成的具有相同运动状态的整体叫连接体.如几个物体叠放在一起,或并排放在一起,或用绳子、细杆等连在一起,在求解连接体问题时常用的方法为整体法与隔离法.
2.常见类型
①物物叠放连接体:两物体通过弹力、摩擦力作用,具有相同的速度和加速度
②轻绳连接体:轻绳在伸直状态下,两端的连接体沿绳方向的速度总是相等.
③轻杆连接体:轻杆平动时,连接体具有相同的平动速度和加速度.
④弹簧连接体:在弹簧发生形变的过程中,两端连接体的速度、加速度不一定相等;在弹簧形变最大时,两端连接体的速度、加速度相等.
3.方法:整体法与隔离法,正确选取研究对象是解题的关键.
①整体法:若连接体内各物体具有相同的加速度,且不需要求系统内各物体之间的作用力,则可以把它们看作一个整体,根据牛顿第二定律,已知合外力则可求出加速度,已知加速度则可求出合外力.
②隔离法:若连接体内各物体的加速度不相同,则需要把物体从系统中隔离出来,应用牛顿第二定律列方程求解.
③若连接体内各物体具有相同的加速度,且需要求物体之间的作用力,则可以先用整体法求出加速度,然后再用隔离法选取合适的研究对象,应用牛顿第二定律求作用力,即“先整体求加速度,后隔离求内力”.
【技巧点拨】力的“分配”
两物块在力F作用下一起运动,系统的加速度与每个物块的加速度相同,如图:
地面光滑
m1、m2与固定接触面间的动摩擦因数相同
以上4种情形中,F一定,两物块间的弹力只与物块的质量有关且.
六、等时圆模型
1.质点从竖直圆环上沿不同的光滑弦上端由静止开始滑到圆环的最低点所用时间相等,如图甲所示;
2.质点从竖直圆环上最高点沿不同的光滑弦由静止开始滑到下端所用时间相等,如图乙所示 ;
3.两个竖直圆环相切且两环的竖直直径均过切点,质点沿不同的光滑弦上端由静止开始滑到下端所用时间相等,如图丙所示.
七、临界值问题
1.临界、极值条件的标志
①有些题目中有“刚好”“恰好”“正好”等字眼,明显表明题述的过程存在着临界点;
②若题目中有“最大”“最小”“至多”“至少”等字眼,表明题述的过程存在着极值,这个极值点往往是临界点.
2.“四种”典型临界条件
①接触与脱离的临界条件:两物体相接触或脱离,临界条件是弹力FN=0.
②相对滑动的临界条件:两物体相接触且相对静止时,常存在着静摩擦力,则相对滑动的临界条件是静摩擦力达到最大值.
③绳子断裂与松弛的临界条件:绳子所能承受的张力是有限度的,绳子断与不断的临界条件是绳中张力等于它所能承受的最大张力,绳子松弛的临界条件是张力FT=0.
④加速度变化时,速度达到最值的临界条件:加速度变为0.
3.解题方法
①极限法:把物理问题(或过程)推向极端,从而使临界现象(或状态)暴露出来,以达到正确解决问题的目的.
②假设法:临界问题存在多种可能,特别是非此即彼两种可能时,或变化过程中可能出现临界条件,也可能不出现临界条件时,往往用假设法解决问题.
③数学法:将物理过程转化为数学表达式,根据数学表达式解出临界条件.
4.解题思路
①认真审题,详细分析问题中变化的过程(包括分析整个过程中有几个阶段);
②寻找过程中变化的物理量;
③探索物理量的变化规律;
④确定临界状态,分析临界条件,找出临界关系.
八、板块问题
1.模型概述:一个物体在另一个物体上,两者之间有相对运动.问题涉及两个物体、多个过程,两物体的运动速度、位移间有一定的关系.
2.解题关键点
①统一参考系:所有物理量和计算以地面作为参考系。
②临界点:当滑块与木板速度相同时,“板块”间的摩擦力可能由滑动摩擦力转变为静摩擦力或者两者间不再有摩擦力(水平面上共同匀速运动),因此速度相同是摩擦力突变的一个临界条件.
3.解题方法
①明确各物体对地的运动和物体间的相对运动情况,确定物体间的摩擦力方向,.
②分别隔离两物体进行受力分析,准确求出各物体在各个运动过程中的加速度(注意两过程的连接处加速度可能突变).
③物体之间的位移(路程)关系或速度关系是解题的突破口.求解中应注意联系两个过程的纽带,即每一个过程的末速度是下一个过程的初速度.
4.常见的两种位移关系
滑块从木板的一端运动到另一端的过程中,若滑块和木板同向运动,则滑离木板的过程中滑块的位移与木板的位移之差等于木板的长度;若滑块和木板相向运动,滑离木板时滑块的位移和木板的位移大小之和等于木板的长度.
【技巧点拨】运动学公式中的位移都是对地位移.
5.常见的模型归纳
模型一:光滑面上外力拉板
加速度
分离
不分离
m2
m1
μ
F
f
光滑
a
f
m1最大加速度a1max=μg
m2加速度a2=(F-μm1g)/m2
条件:a2>a1max
即F>μg(m1+m2)
条件:a2≤a1max即 F≤μg(m1+m2)
整体加速度a=F/(m1+m2)
内力f=m1F/(m1+m2)
模型二:光滑面上外力拉块
加速度
分离
不分离
m2
m1
μ
F
f
光滑
a
f
m2最大加速度a2max=μm1g/m2
m1加速度a1=(F-μm1g)/m1
条件:a1>a2max
即F>μm1g(1+m1/m2)
条件:a2≤a1max
即 F≤μm1g(1+m1/m2)
整体加速度a=F/(m1+m2)
内力f=m2F/(m1+m2)
模型三:粗糙面上外力拉板
不分离(都静止)
不分离(一起加速)
分离
m2
m1
μ1
F
f1
a
f1
μ2
f2
条件:
F≤μ2(m1+m2)g
条件:a2≤a1max
即 μ2(m1+m2)g<F≤(μ1+μ2)g(m1+m2)
整体加速度a=[F-μ2(m1+m2)g)]/(m1+m2)
内力f=m1a[
条件:a2>a1max=μ1g
即F>(μ1+μ2)g(m1+m2)
外力区间范围
F
(μ1+μ2)g(m1+m2)
μ2(m1+m2)g
分离
一起加速
都静止
模型四:粗糙面上外力拉块
μ1m1g>μ2(m1+m2)g
一起静止
一起加速
分离
m2
m1
μ1
F
f1
a
f1
μ2
f2
条件:
F≤μ2(m1+m2)g
条件:
μ2(m1+m2)g<F≤(μ1-μ2)m1g(1+m1/m2)
整体加速度
a=[F-μ2(m1+m2)g)]/(m1+m2)
内力f1=μ2(m1+m2)g+m2a
条件:
a1>a2max=[μ1m1g-μ2(m1+m2)g]/m2
即F>(μ1-μ2)m1g(1+m1/m2)
外力区间范围
F
(μ1-μ2)m1g(1+m1/m2)
μ2(m1+m2)g
分离
一起加速
一起静止
模型五:粗糙面上刹车减速
一起减速
减速分离
m2
m1
μ1
f1
v
f1
μ2
f2
a
m1最大刹车加速度:a1max=μ1g
整体刹车加速度a=μ2g
条件:a≤a1max即μ2≤μ1
条件:a>a1max即μ2>μ1
m1刹车加速度:a1=μ1g
m2刹车加速度:a2=μ2(m1+m2)g-μ1m1g)]/m2
加速度关系:a1<a2
模型五:斜面上的板块模型
斜面上的板块模型是指滑板和滑块一起在斜面上运动的情形,此类问题的处理方法与水平面上的板块模型类似,只是要考虑滑块和滑板的重力在沿斜面方向上的分力对运动的影响。
①无初速度下滑类(如图)
假设法判断是否发生相对滑动
(1)μ2<μ1(上面比下面粗糙),则不会相对滑动.用极限法,μ1无限大或斜面光滑,一起匀加速运动.
(2)μ2>μ1(下面比上面粗糙),则会相对滑动.
②加外力下滑类(如图)
对m分析,加速度范围gsin θ-μ1gcos θ<a<gsin θ+μ1gcos θ
加速度在这个范围内,板块可保持相对静止.
九、传动带问题
1.传送带的基本类型
传送带运输是利用货物和传送带之间的摩擦力将货物运送到其他地方,有水平传送带和倾斜传送带两种基本模型.
2.传送带模型分析流程
【技巧点拨】求解的关键在于根据物体和传送带之间的相对运动情况,确定摩擦力的大小和方向.当物体的速度与传送带的速度相等时,物体所受的摩擦力有可能发生突变,速度相等前后对摩擦力的分析是解题的关键.
3.类型
①水平传送带常见类型及滑块运动情况
类型
滑块运动情况
①可能一直加速
②可能先加速后匀速
①v0>v时,可能一直减速,也可能先减速再匀速
②v0=v时,一直匀速
③v0<v时,摩擦力为动力,可能一直加速,也可能先加速再匀速
①传送带较短时,摩擦力为阻力,滑块一直减速到达左端
②传送带足够长时,摩擦力先为阻力,滑块先向左减速,减速到零后摩擦力再为动力,物体反向加速运动回到右端。
②倾斜传送带常见类型及滑块运动情况
倾斜传送带模型上物体的常见运动
项目
情景1:上传
情景2:下载
情景2:反向
图示
滑块可能的运动情况
(1)可能一直加速;
(2)可能先加速后匀速;
(3)还有其他结论吗?
(1)可能一直加速;
(2)可能先加速后匀速;
(3)可能先以a1加速后以a2加速.
(1)可能一直加速;
(2)可能一直匀速;
(3)可能先减速后反向加速
a.倾斜传送带——上传模型
受力分析
运动分析(先加后共)
难点问题
μ>tanθ
f=μmgcosθ
f突变为静
f'=mgsinθ
v
v
L
θ
t
O
v
共速
痕迹
a
v
传送带
物体
t1
t2
①滑动摩擦力f=μmgcosθ
②加速度a=g(μcosθ-sinθ)
③上传条件:μ>tanθ
④共速摩擦力突变为静摩擦力f'=mgsinθ
受力分析
运动分析(一直加速)
难点问题
μ<tanθ
a
f=μmgcosθ
v
v'
L
θ
t
O
v
a
v
传送带
物体
t1
L
⑤μ<tanθ,物体向下加速
⑥加速度a=g(μcosθ-sinθ)
⑦物体向下位移为L
⑧物体运动时间、末速度与传送带快慢无关
b.倾斜传送带——下载
受力分析
运动分析
难点问题
μ≥tanθ
f=μmgcosθ
f突变为静
f'=mgsinθ
v
v
L
θ(
t
O
v
共速
痕迹
a
v
传送带
物体
t1
t2
①滑动摩擦力f=μmgcosθ
②加速度a=g(μcosθ+sinθ)
③共速后,若μ≥tanθ
一起匀速,摩擦力突变为静摩擦力f'=mgsinθ
μ<tanθ
f=μmgcosθ
f方向突变
f'=μmgcosθ
v
v
L
θ(
t
O
v
共速
痕迹1
a
v
传送带
物体
t1
t2
物体
2
a'
④共速后,若μ<tanθ[
继续加速,滑动摩擦力方向突变、大小不变,加速度a'=g(sinθ-μcosθ)
⑤痕迹问题:共速前,x传>x物,痕迹Δx1=x传-x物,共速后,x物>x传,痕迹Δx2=x物-x传,总痕迹取二者中大的那一段
十、图像问题
1.常见图像
①v-t图像:根据图像的斜率判断加速度的大小和方向,再根据牛顿第二定律求解.
②a-t图像:注意加速度的正负,正确分析每一段的运动情况,然后结合物体的受力情况应用牛顿第二定律列方程求解.
③F-t图像:结合物体受到的力,由牛顿第二定律求出加速度,分析每一段的运动情况.
④F-a图像:首先要根据具体的物理情景,对物体进行受力分析,然后根据牛顿第二定律推导出两个量间的函数关系式,根据函数关系式结合图像,明确图像的斜率、截距或面积的意义,从而由图像给出的信息求出未知量.
2.解题策略
①分清图像的类别:即分清横、纵坐标所代表的物理量,明确其物理意义,掌握物理图像所反映的物理过程,会分析临界点.
②注意图线中的一些特殊点:图线与横、纵坐标的交点,图线的转折点,两图线的交点等.
③明确能从图像中获得哪些信息:把图像与具体的题意、情景结合起来,应用物理规律列出与图像对应的函数方程式,进而明确“图像与公式”“图像与物体”间的关系,以便对有关物理问题作出准确判断.
命题点03 牛顿第三定律
一、作用力和反作用力
1.定义:两个物体之间的作用总是相互的,一个物体对另一个物体施加了力,后一个物体一定同时对前一个物体也施加了力.
二、牛顿第三定律
1.定义:两个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一直线上.
2.对牛顿第三定律的理解
①牛顿第三运动定律指出了两物体之间的作用是相互的,因而力总是成对出现的,它们总是同时产生,同时消失,与相互作用的两物体的运动状态无关、与是否和其他物体相互作用无关。
②作用力和反作用力总是同种性质的力.
③作用力和反作用力分别作用在两个不同的物体上,各产生其效果,不可叠加.
④牛顿第三定律在对物体进行受力分析时,起到非常重要的转换研究对象的作用,如果不便于直接分析求出物体受到的某些力时,可先求它的反作用力,再反过来求待求力.如求压力时,可先求支持力,摩擦力的求解有时候不好判断也可以通过转化研究对象求其反作用力.
三、作用力与反作用力和一对平衡的辨析
作用力与反作用力
一对平衡力
相同点
大小相等、方向相反、作用在同一条直线上
不同点
作用在两个相互作用的物体上
作用在同一物体上
同时产生、同时消失
不一定同时产生、不一定同时消失
两力作用效果不可抵消,不可叠加,不可求合力
两力作用效果可相互抵消,可叠加,可求合力,合力为零
一定是相同性质的力
性质不一定相同
【真题实战】
【牛顿第一定律】(1T-4T)
1.(2025·河南·高考真题)野外高空作业时,使用无人机给工人运送零件。如图,某次运送过程中的一段时间内,无人机向左水平飞行,零件用轻绳悬挂于无人机下方,并相对于无人机静止,轻绳与竖直方向成一定角度。忽略零件所受空气阻力,则在该段时间内( )
A.无人机做匀速运动 B.零件所受合外力为零
C.零件的惯性逐渐变大 D.零件的重力势能保持不变
2.(2023·浙江·高考真题)在足球运动中,足球入网如图所示,则( )
A.踢香蕉球时足球可视为质点 B.足球在飞行和触网时惯性不变
C.足球在飞行时受到脚的作用力和重力 D.触网时足球对网的力大于网对足球的力
3.(2022·浙江·高考真题)下列说法正确的是( )
A.链球做匀速圆周运动过程中加速度不变
B.足球下落过程中惯性不随速度增大而增大
C.乒乓球被击打过程中受到的作用力大小不变
D.篮球飞行过程中受到空气阻力的方向与速度方向无关
4.(2020·浙江·高考真题)如图所示,底部均有4个轮子的行李箱a竖立、b平卧放置在公交车上,箱子四周有一定空间。当公交车( )
A.缓慢起动时,两只行李箱一定相对车子向后运动
B.急刹车时,行李箱a一定相对车子向前运动
C.缓慢转弯时,两只行李箱一定相对车子向外侧运动
D.急转弯时,行李箱b一定相对车子向内侧运动
【牛顿第二定律】(5T-24T)
5.(2026·陕晋青宁卷·高考真题)(多选)如图,物块的质量分别为、、,通过不可伸长的轻绳绕过两个固定轻质光滑定滑轮与连接,与位于正下方的用劲度系数为的轻弹簧相连。初始时托住和,使弹簧处于原长,三个物块均静止。现同时无初速度释放和,运动中,物块均视为质点且不与滑轮相碰,不计空气阻力,弹簧始终在弹性限度内,弹性势能(为形变量),重力加速度大小为。则( )
A.释放后瞬间的加速度大小为 B.释放后瞬间轻绳上的拉力大小为
C.释放后下降的最大距离为 D.释放后的速度最大值为
6.(2025·甘肃·高考真题)(多选)如图,轻质弹簧上端固定,下端悬挂质量为的小球A,质量为m的小球B与A用细线相连,整个系统处于静止状态。弹簧劲度系数为k,重力加速度为g。现剪断细线,下列说法正确的是( )
A.小球A运动到弹簧原长处的速度最大 B.剪断细线的瞬间,小球A的加速度大小为
C.小球A运动到最高点时,弹簧的伸长量为 D.小球A运动到最低点时,弹簧的伸长量为
7.(2025·甘肃·高考真题)2025年4月24日,在甘肃酒泉卫星发射中心成功发射了搭载神舟二十号载人飞船的长征二号F遥二十运载火箭。若在初始的内燃料对火箭的平均推力约为。火箭质量约为500吨且认为在内基本不变,则火箭在初始内的加速度大小约为( )(重力加速度g取)
A. B. C. D.
8.(2025·北京·高考真题)模拟失重环境的实验舱,通过电磁弹射从地面由静止开始加速后竖直向上射出,上升到最高点后回落,再通过电磁制动使其停在地面。实验舱运动过程中,受到的空气阻力f的大小随速率增大而增大,f随时间t的变化如图所示(向上为正)。下列说法正确的是( )
A.从到,实验舱处于电磁弹射过程 B.从到,实验舱加速度大小减小
C.从到,实验舱内物体处于失重状态 D.时刻,实验舱达到最高点
9.(2025·安徽·高考真题)如图,装有轻质光滑定滑轮的长方体木箱静置在水平地面上,木箱上的物块甲通过不可伸长的水平轻绳绕过定滑轮与物块乙相连。乙拉着甲从静止开始运动,木箱始终保持静止。已知甲、乙质量均为,甲与木箱之间的动摩擦因数为0.5,不计空气阻力,重力加速度g取,则在乙下落的过程中( )
A.甲对木箱的摩擦力方向向左 B.地面对木箱的支持力逐渐增大
C.甲运动的加速度大小为 D.乙受到绳子的拉力大小为
10.(2025·江苏·高考真题)如图所示,弹簧一端固定,另一端与光滑水平面上的木箱相连,箱内放置一小物块,物块与木箱之间有摩擦。压缩弹簧并由静止释放,释放后物块在木箱上有滑动,滑动过程中不与木箱前后壁发生碰撞,不计空气阻力,则( )
A.释放瞬间,物块加速度为零
B.物块和木箱最终仍有相对运动
C.木箱第一次到达最右端时,物块速度为零
D.物块和木箱的速度第一次相同前,物块受到的摩擦力不变
11.(2025·山东·高考真题)工人在河堤的硬质坡面上固定一垂直坡面的挡板,向坡底运送长方体建筑材料。如图所示,坡面与水平面夹角为,交线为PN,坡面内QN与PN垂直,挡板平面与坡面的交线为MN,。若建筑材料与坡面、挡板间的动摩擦因数均为,重力加速度大小为g,则建筑材料沿MN向下匀加速滑行的加速度大小为( )
A. B.
C. D.
12.(2024·贵州·高考真题)某研究人员将一铁质小圆盘放入聚苯乙烯颗粒介质中,在下落的某段时间内,小圆盘仅受重力G和颗粒介质对其向上的作用力f。用高速相机记录小圆盘在不同时刻的位置,相邻位置的时间间隔相等,如图所示,则该段时间内下列说法可能正确的是( )
A.f一直大于G B.f一直小于G
C.f先小于G,后大于G D.f先大于G,后小于G
13.(2024·安徽·高考真题)如图所示,竖直平面内有两完全相同的轻质弹簧,它们的一端分别固定于水平线上的M、N两点,另一端均连接在质量为m的小球上。开始时,在竖直向上的拉力作用下,小球静止于MN连线的中点O,弹簧处于原长。后将小球竖直向上。缓慢拉至P点,并保持静止,此时拉力F大小为。已知重力加速度大小为g,弹簧始终处于弹性限度内,不计空气阻力。若撤去拉力,则小球从P点运动到O点的过程中( )
A.速度一直增大 B.速度先增大后减小
C.加速度的最大值为 D.加速度先增大后减小
14.(2024·广东·高考真题)如图所示,轻质弹簧竖直放置,下端固定。木块从弹簧正上方H高度处由静止释放。以木块释放点为原点,取竖直向下为正方向。木块的位移为y。所受合外力为F,运动时间为t。忽略空气阻力,弹簧在弹性限度内。关于木块从释放到第一次回到原点的过程中。其图像或图像可能正确的是( )
A.B.C. D.
15.(2024·湖南·高考真题)如图,质量分别为、、、m的四个小球A、B、C、D,通过细线或轻弹簧互相连接,悬挂于O点,处于静止状态,重力加速度为g。若将B、C间的细线剪断,则剪断瞬间B和C的加速度大小分别为( )
A.g, B.2g, C.2g, D.g,
16.(2023·湖南·高考真题)(多选)如图,光滑水平地面上有一质量为的小车在水平推力的作用下加速运动。车厢内有质量均为的A、B两小球,两球用轻杆相连,A球靠在光滑左壁上,B球处在车厢水平底面上,且与底面的动摩擦因数为,杆与竖直方向的夹角为,杆与车厢始终保持相对静止假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。下列说法正确的是( )
A.若B球受到的摩擦力为零,则
B.若推力向左,且,则的最大值为
C.若推力向左,且,则的最大值为
D.若推力向右,且,则的范围为
17.(2023·全国乙卷·高考真题)一同学将排球自O点垫起,排球竖直向上运动,随后下落回到O点。设排球在运动过程中所受空气阻力大小和速度大小成正比。则该排球( )
A.上升时间等于下落时间 B.被垫起后瞬间的速度最大
C.达到最高点时加速度为零 D.下落过程中做匀加速运动
18.(2022·江苏·高考真题)高铁车厢里的水平桌面上放置一本书,书与桌面间的动摩擦因数为0.4,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取重力加速度。若书不滑动,则高铁的最大加速度不超过( )
A. B. C. D.
19.(2022·上海·高考真题)神舟十三号在返回地面的过程中打开降落伞后,在大气层中经历了竖直向下的减速运动。若返回舱所受的空气阻力随速度的减小而减小,则加速度大小( )
A.一直减小 B.一直增大
C.先增大后减小 D.先减小后增大
20.(2022·广东·高考真题)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.
21.(2022·湖南·高考真题)(多选)球形飞行器安装了可提供任意方向推力的矢量发动机,总质量为。飞行器飞行时受到的空气阻力大小与其速率平方成正比(即,为常量)。当发动机关闭时,飞行器竖直下落,经过一段时间后,其匀速下落的速率为;当发动机以最大推力推动飞行器竖直向上运动,经过一段时间后,飞行器匀速向上的速率为。重力加速度大小为,不考虑空气相对于地面的流动及飞行器质量的变化,下列说法正确的是( )
A.发动机的最大推力为
B.当飞行器以匀速水平飞行时,发动机推力的大小为
C.发动机以最大推力推动飞行器匀速水平飞行时,飞行器速率为
D.当飞行器以的速率飞行时,其加速度大小可以达到
22.(2022·全国甲卷·高考真题)(多选)如图,质量相等的两滑块P、Q置于水平桌面上,二者用一轻弹簧水平连接,两滑块与桌面间的动摩擦因数均为。重力加速度大小为g。用水平向右的拉力F拉动P,使两滑块均做匀速运动;某时刻突然撤去该拉力,则从此刻开始到弹簧第一次恢复原长之前( )
A.P的加速度大小的最大值为
B.Q的加速度大小的最大值为
C.P的位移大小一定大于Q的位移大小
D.P的速度大小均不大于同一时刻Q的速度大小
23.(2021·北京·高考真题)某同学使用轻弹簧、直尺钢球等制作了一个“竖直加速度测量仪”。如图所示,弹簧上端固定,在弹簧旁沿弹簧长度方向固定一直尺。不挂钢球时,弹簧下端指针位于直尺20cm刻度处;下端悬挂钢球,静止时指针位于直尺40cm刻度处。将直尺不同刻度对应的加速度标在直尺上,就可用此装置直接测量竖直方向的加速度。取竖直向上为正方向,重力加速度大小为g。下列说法正确的是( )
A.30cm刻度对应的加速度为 - 0.5g B.40cm刻度对应的加速度为g
C.50cm刻度对应的加速度为2g D.各刻度对应加速度的值是不均匀的
24.(2019·浙江·高考真题)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
【牛顿第三定律】(25T-29T)
25.(2026·浙江·高考真题)如图所示,钢架雪车运动员在具有阻力的倾斜赛道上滑行,则( )
A.运动员在转弯时加速度为0
B.运动员和钢架雪车整体机械能守恒
C.钢架雪车所受重力和赛道对钢架雪车的支持力是一对平衡力
D.钢架雪车对赛道的压力与赛道对钢架雪车的支持力是一对作用力和反作用力
26.(2023·海南·高考真题)如图所示,工人利用滑轮组将重物缓慢提起,下列说法正确的是( )
A.工人受到的重力和支持力是一对平衡力
B.工人对绳的拉力和绳对工人的拉力是一对作用力与反作用力
C.重物缓慢拉起过程,绳子拉力变小
D.重物缓慢拉起过程,绳子拉力不变
27.(2022·浙江·高考真题)如图所示,鱼儿摆尾击水跃出水面,吞食荷花花瓣的过程中,下列说法正确的是( )
A.鱼儿吞食花瓣时鱼儿受力平衡 B.鱼儿摆尾出水时浮力大于重力
C.鱼儿摆尾击水时受到水的作用力 D.研究鱼儿摆尾击水跃出水面的动作可把鱼儿视为质点
28.(2021·广东·高考真题)唐代《耒耜经》记载了曲辕犁相对直辕犁的优势之一是起土省力,设牛用大小相等的拉力F通过耕索分别拉两种犁,F与竖直方向的夹角分别为和,,如图所示,忽略耕索质量,耕地过程中,下列说法正确的是( )
A.耕索对曲辕犁拉力的水平分力比对直辕犁的大
B.耕索对曲辕犁拉力的竖直分力比对直辕犁的大
C.曲辕犁匀速前进时,耕索对犁的拉力小于犁对耕索的拉力
D.直辕犁加速前进时,耕索对犁的拉力大于犁对耕索的拉力
29.(2020·浙江·高考真题)如图所示,一对父子掰手腕,父亲让儿子获胜。若父亲对儿子的力记为,儿子对父亲的力记为,则( )
A. B.和大小相等
C.先于产生 D.后于产生
【力学单位制】(30T-34T)
30.(2025·四川·高考真题)(多选)若长度、质量、时间和动量分别用a、b、c和d表示,则下列各式可能表示能量的是( )
A. B. C. D.
31.(2024·北京·高考真题)电荷量Q、电压U、电流I和磁通量Φ是电磁学中重要的物理量,其中特定的两个物理量之比可用来描述电容器、电阻、电感三种电磁学元件的属性,如图所示。类似地,上世纪七十年代有科学家预言Φ和Q之比可能也是一种电磁学元件的属性,并将此元件命名为“忆阻器”,近年来实验室已研制出了多种类型的“忆阻器”。由于“忆阻器”对电阻的记忆特性,其在信息存储、人工智能等领域具有广阔的应用前景。下列说法错误的是( )
A.QU的单位和ΦI的单位不同
B.在国际单位制中,图中所定义的M的单位是欧姆
C.可以用来描述物体的导电性质
D.根据图中电感L的定义和法拉第电磁感应定律可以推导出自感电动势的表达式
32.(2024·浙江·高考真题)下列属于国际单位制基本单位符号的是( )
A.s B.N C.F D.T
33.(2023·辽宁·高考真题)安培通过实验研究,发现了电流之间相互作用力的规律。若两段长度分别为和、电流大小分别为I1和I₂的平行直导线间距为r时,相互作用力的大小可以表示为。比例系数k的单位是( )
A.kg·m/(s²·A) B.kg·m/(s²·A²) C.kg·m²/(s³·A) D.kg·m²/(s³·A³)
34.(2023·浙江·高考真题)下列属于国际单位制中基本单位符号的是( )
A.J B.K C.W D.
【超失重问题】(35T-38T)
35.(2026·云南·高考真题)云南宣威尼珠河大峡谷的“青云电梯”为谷底孩子们上学提供了交通便利。若电梯由静止开始上升,用时,则此过程电梯的平均速度大小及电梯向上加速时乘客所处的状态分别为( )
A.,超重 B.,超重 C.,失重 D.,失重
36.(2025·浙江·高考真题)中国运动员以121公斤的成绩获得2024年世界举重锦标赛抓举金牌,举起杠铃稳定时的状态如图所示。重力加速度,下列说法正确的是( )
A.双臂夹角越大受力越小
B.杠铃对每只手臂作用力大小为
C.杠铃对手臂的压力和手臂对杠铃的支持力是一对平衡力
D.在加速举起杠铃过程中,地面对人的支持力大于人与杠铃总重力
37.(2024·海南·高考真题)神舟十七号载人飞船返回舱于2024年4月30日在东风着陆场成功着陆,在飞船返回至离地面十几公里时打开主伞飞船快速减速,返回舱速度大大减小,在减速过程中( )
A.返回舱处于超重状态 B.返回舱处于失重状态
C.主伞的拉力不做功 D.重力对返回舱做负功
38.(2020·山东·高考真题)一质量为m的乘客乘坐竖直电梯下楼,其位移s与时间t的关系图像如图所示。乘客所受支持力的大小用FN表示,速度大小用v表示。重力加速度大小为g。以下判断正确的是( )
A.0~t1时间内,v增大,FN>mg B.t1~t2时间内,v减小,FN<mg
C.t2~t3时间内,v增大,FN <mg D.t2~t3时间内,v减小,FN >mg
【两类基本问题】(39T-46T)
39.(2026·陕晋青宁卷·高考真题)如图,某游乐场有一条滑道,由两段粗糙程度不同的直道组成,其中段的长度、倾角为段水平且足够长。初始时游客甲乘滑板从点由静止下滑,经过到达点,此后进入段继续滑行。游客甲和滑板的总质量段、段滑道与滑板间的动摩擦因数分别为、,其中。重力加速度取,。游客和滑板整体视为质点,不计空气阻力及在点处的机械能损失。
(1)求AB段滑道与滑板间的动摩擦因数;
(2)求AB段甲和滑板的机械能损失及动量变化量的大小;
(3)当甲到达点时,游客乙乘同样滑板恰以的速度经过点下滑。求乙到达点时与甲的距离。
40.(2023·辽宁·高考真题)某大型水陆两栖飞机具有水面滑行汲水和空中投水等功能。某次演练中,该飞机在水面上由静止开始匀加速直线滑行并汲水,速度达到v₁=80m/s时离开水面,该过程滑行距离L=1600m、汲水质量m=1.0×10⁴kg。离开水面后,飞机攀升高度h=100m时速度达到v₂=100m/s,之后保持水平匀速飞行,待接近目标时开始空中投水。取重力加速度g=10m/s²。求:
(1)飞机在水面滑行阶段的加速度a的大小及滑行时间t;
(2)整个攀升阶段,飞机汲取的水的机械能增加量ΔE。
41.(2022·辽宁·高考真题)如图所示,一小物块从长1m的水平桌面一端以初速度v0沿中线滑向另一端,经过1s从另一端滑落。物块与桌面间动摩擦因数为μ,g取10m/s2。下列v0、μ值可能正确的是( )
A.v0= 2.5m/s B.v0= 1.5m/s C.μ = 0.28 D.μ = 0.25
42.(2022·浙江·高考真题)物流公司通过滑轨把货物直接装运到卡车中。如图所示,倾斜滑轨与水平面成24°角,长度,水平滑轨长度可调,两滑轨间平滑连接。若货物从倾斜滑轨顶端由静止开始下滑,其与滑轨间的动摩擦因数均为,货物可视为质点(取,,重力加速度)。
(1)求货物在倾斜滑轨上滑行时加速度的大小;
(2)求货物在倾斜滑轨末端时速度的大小;
(3)若货物滑离水平滑轨末端时的速度不超过2m/s,求水平滑轨的最短长度。
43.(2022·浙江·高考真题)第24届冬奥会将在我国举办。钢架雪车比赛的一段赛道如图1所示,长12m水平直道AB与长20m的倾斜直道BC在B点平滑连接,斜道与水平面的夹角为15°。运动员从A点由静止出发,推着雪车匀加速到B点时速度大小为8m/s,紧接着快速俯卧到车上沿BC匀加速下滑(图2所示),到C点共用时5.0s。若雪车(包括运动员)可视为质点,始终在冰面上运动,其总质量为110kg,sin15°=0.26,重力加速度取,求雪车(包括运动员)
(1)在直道AB上的加速度大小;
(2)过C点的速度大小;
(3)在斜道BC上运动时受到的阻力大小。
44.(2021·浙江·高考真题)机动车礼让行人是一种文明行为。如图所示,质量的汽车以的速度在水平路面上匀速行驶,在距离斑马线处,驾驶员发现小朋友排着长的队伍从斑马线一端开始通过,立即刹车,最终恰好停在斑马线前。假设汽车在刹车过程中所受阻力不变,且忽略驾驶员反应时间。
(1)求开始刹车到汽车停止所用的时间和所受阻力的大小;
(2)若路面宽,小朋友行走的速度,求汽车在斑马线前等待小朋友全部通过所需的时间;
(3)假设驾驶员以超速行驶,在距离斑马线处立即刹车,求汽车到斑马线时的速度。
45.(2020·浙江·高考真题)如图1所示,有一质量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时开始计时,测得电机的牵引力随时间变化的图线如图2所示,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。
46.(2020·全国II卷·高考真题)如图,一竖直圆管质量为M,下端距水平地面的高度为H,顶端塞有一质量为m的小球。圆管由静止自由下落,与地面发生多次弹性碰撞,且每次碰撞时间均极短;在运动过程中,管始终保持竖直。已知M =4m,球和管之间的滑动摩擦力大小为4mg, g为重力加速度的大小,不计空气阻力。
(1)求管第一次与地面碰撞后的瞬间,管和球各自的加速度大小;
(2)管第一次落地弹起后,在上升过程中球没有从管中滑出,求管上升的最大高度;
(3)管第二次落地弹起的上升过程中,球仍没有从管中滑出,求圆管长度应满足的条件。
【连接体模型】(47T-54T)
47.(2024·全国甲卷·高考真题)如图,一轻绳跨过光滑定滑轮,绳的一端系物块P,P置于水平桌面上,与桌面间存在摩擦;绳的另一端悬挂一轻盘(质量可忽略),盘中放置砝码。改变盘中砝码总质量m,并测量P的加速度大小a,得到图像。重力加速度大小为g。在下列图像中,可能正确的是( )
A.B.C.D.
48.(2023·福建·高考真题)(多选)如图所示,一广场小火车是由车头和车厢编组而成。假设各车厢质量均相等(含乘客),在水平地面上运行过程中阻力与车重成正比。一广场小火车共有3节车厢,车头对第一节车厢的拉力为,第一节车厢对第二节车厢的拉力为,第二节车厢对第三节车厢的拉力为,则( )
A.当火车匀速直线运动时,
B.当火车匀速直线运动时,
C.当火车匀加速直线运动时,
D.当火车匀加速直线运动时,
49.(2023·北京·高考真题)如图所示,在光滑水平地面上,两相同物块用细线相连,两物块质量均为1kg,细线能承受的最大拉力为2N。若在水平拉力F作用下,两物块一起向右做匀加速直线运动。则F的最大值为( )
A.1N B.2N C.4N D.5N
50.(2022·江苏·高考真题)如图所示,轻质弹簧一端固定,另一端与物块A连接在一起,处于压缩状态,A由静止释放后沿斜面向上运动到最大位移时,立即将物块B轻放在A右侧,A、B由静止开始一起沿斜面向下运动,下滑过程中A、B始终不分离,当A回到初始位置时速度为零,A、B与斜面间的动摩擦因数相同、弹簧未超过弹性限度,则( )
A.当上滑到最大位移的一半时,A的加速度方向沿斜面向下
B.A上滑时、弹簧的弹力方向不发生变化
C.下滑时,B对A的压力先减小后增大
D.整个过程中A、B克服摩擦力所做的总功大于B的重力势能减小量
51.(2022·全国甲卷·高考真题)(多选)如图,质量相等的两滑块P、Q置于水平桌面上,二者用一轻弹簧水平连接,两滑块与桌面间的动摩擦因数均为。重力加速度大小为g。用水平向右的拉力F拉动P,使两滑块均做匀速运动;某时刻突然撤去该拉力,则从此刻开始到弹簧第一次恢复原长之前( )
A.P的加速度大小的最大值为
B.Q的加速度大小的最大值为
C.P的位移大小一定大于Q的位移大小
D.P的速度大小均不大于同一时刻Q的速度大小
52.(2022·全国乙卷·高考真题)如图,一不可伸长轻绳两端各连接一质量为m的小球,初始时整个系统静置于光滑水平桌面上,两球间的距离等于绳长L。一大小为F的水平恒力作用在轻绳的中点,方向与两球连线垂直。当两球运动至二者相距时,它们加速度的大小均为( )
A. B. C. D.
53.(2021·海南·高考真题)如图,两物块P、Q用跨过光滑轻质定滑轮的轻绳相连,开始时P静止在水平桌面上。将一个水平向右的推力F作用在P上后,轻绳的张力变为原来的一半。已知P、Q两物块的质量分别为、,P与桌面间的动摩擦因数,重力加速度。则推力F的大小为( )
A. B. C. D.
54.(2017·海南·高考真题)如图,水平地面上有三个靠在一起的物块P、Q和R,质量分别为m、2m和3m,物块与地面间的动摩擦因数都为μ。用大小为F的水平外力推动物块P,设R和Q之间相互作用力与Q与P之间相互作用力大小之比为k。下列判断正确的是()
A.若μ≠0,则k=
B.若μ≠0 , k =
C.若μ=0,则
D.若μ=0,则
【传送带与板块模型】(55T-68T)
55.(2026·四川·高考真题)如图所示,以恒定速率运行的传送带上有甲、乙两物块,二者与传送带相对静止,由不可伸长轻绳连接,之间无间隙。甲、乙质量均为,与传送带间的动摩擦因数分别、。某时刻、对乙施加水平向右的外力使其以恒定加速度(为重力加速度大小)运动,经时间撤去外力、再经时间绳绷直。甲、乙均可视为质点、传送带足够长。则( )
A.和满足
B.从撤去外力到绳绷直,因摩擦产生的热量为
C.绳绷直后瞬间甲的动能为
D.绳绷直以后甲、乙不会发生碰撞
56.(2025·浙江·高考真题)某兴趣小组设计了一传送装置,其竖直截面如图所示。AB是倾角为的斜轨道,BC是以恒定速率顺时针转动的足够长水平传送带,紧靠C端有半径为R、质量为M置于光滑水平面上的可动半圆弧轨道,水平面和传送带BC处于同一高度,各连接处平滑过渡。现有一质量为m的物块,从轨道AB上与B相距L的P点由静止下滑,经传送带末端C点滑入圆弧轨道。物块与传送带间的动摩擦因数为,其余接触面均光滑。已知,,,,,,。不计空气阻力,物块可视为质点,传送带足够长。求物块
(1)滑到B点处的速度大小;
(2)从B点运动到C点过程中摩擦力对其做的功;
(3)在传送带上滑动过程中产生的滑痕长度;
(4)即将离开圆弧轨道最高点的瞬间,受到轨道的压力大小。
57.(2025·福建·高考真题)(多选)如图,物块A、B用轻弹簧连接并放置于水平传送带上,传送带以1m/s的恒定速率顺时针转动。t=0时,A的速度大小为2m/s,方向水平向右,B的速度为0,弹簧处于原长,t=t1时(t1为未知量),A第一次与传送带共速,弹簧弹性势能0.75J。已知A、B可视为质点,质量分别为1kg、2kg,与传送带的动摩擦因数为0.5、0.25;A与传送带相对滑动时会留下痕迹,重力加速度大小取,A、B始终在传送带上,弹簧始终在弹性限度内,则( )
A.在t=时,A的加速度大小比B的小
B.t=t1时,B的速度大小为0.5m/s
C.t=t1时,弹簧的压缩量为0.2m
D.0﹣t1过程中,A在传送带上留下的划痕长度小于0.05m
58.(2025·广西·高考真题)图甲为某智能分装系统工作原理示意图,每个散货经倾斜传送带由底端A运动到顶端B后水平抛出,撞击冲量式传感器使其输出一个脉冲信号,随后竖直掉入以与水平传送带共速度的货箱中,此系统利用传感器探测散货的质量,自动调节水平传送带的速度,实现按规格分装。倾斜传送带与水平地面夹角为,以速度匀速运行。若以相同的时间间隔将散货以几乎为0的速度放置在倾斜传送带底端A,从放置某个散货时开始计数,当放置第10个散货时,第1个散货恰好被水平抛出。散货与倾斜传送带间的动摩擦因数,到达顶端前已与传送带共速。设散货与传感器撞击时间极短,撞击后竖直方向速度不变,水平速度变为0。每个长度为d的货箱装总质量为M的一批散货。若货箱之间无间隔,重力加速度为g。分装系统稳定运行后,连续装货,某段时间传感器输出的每个脉冲信号与横轴所围面积为I如图乙,求这段时间内:
(1)单个散货的质量。
(2)水平传送带的平均传送速度大小。
(3)倾斜传送带的平均输出功率。
59.(2024·安徽·高考真题)倾角为的传送带以恒定速率顺时针转动。时在传送带底端无初速轻放一小物块,如图所示。时刻物块运动到传送带中间某位置,速度达到。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.
60.(2024·贵州·高考真题)如图,半径为的四分之一光滑圆轨道固定在竖直平面内,其末端与水平地面相切于P点,的长度。一长为的水平传送带以恒定速率逆时针转动,其右端与地面在M点无缝对接。物块a从圆轨道顶端由静止释放,沿轨道下滑至P点,再向左做直线运动至M点与静止的物块b发生弹性正碰,碰撞时间极短。碰撞后b向左运动到达传送带的左端N时,瞬间给b一水平向右的冲量I,其大小为。以后每隔给b一相同的瞬时冲量I,直到b离开传送带。已知a的质量为的质量为,它们均可视为质点。a、b与地面及传送带间的动摩擦因数均为,取重力加速度大小。求:
(1)a运动到圆轨道底端时轨道对它的支持力大小;
(2)b从M运动到N的时间;
(3)b从N运动到M的过程中与传送带摩擦产生的热量。
61.(2021·辽宁·高考真题)机场地勤工作人员利用传送带从飞机上卸行李。如图所示,以恒定速率v1=0.6m/s运行的传送带与水平面间的夹角,转轴间距L=3.95m。工作人员沿传送方向以速度v2=1.6m/s从传送带顶端推下一件小包裹(可视为质点)。小包裹与传送带间的动摩擦因数μ=0.8。取重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:
(1)小包裹相对传送带滑动时加速度的大小a;
(2)小包裹通过传送带所需的时间t。
62.(2020·全国III卷·高考真题)如图,相距L=11.5m的两平台位于同一水平面内,二者之间用传送带相接。传送带向右匀速运动,其速度的大小v可以由驱动系统根据需要设定。质量m=10 kg的载物箱(可视为质点),以初速度v0=5.0 m/s自左侧平台滑上传送带。载物箱与传送带间的动摩擦因数μ= 0.10,重力加速度取g =10m/s2。
(1)若v=4.0 m/s,求载物箱通过传送带所需的时间;
(2)求载物箱到达右侧平台时所能达到的最大速度和最小速度;
(3)若v=6.0m/s,载物箱滑上传送带后,传送带速度突然变为零。求载物箱从左侧平台向右侧平台运动的过程中,传送带对它的冲量。
63.(2024·新疆河南·高考真题)如图,一长度的均匀薄板初始时静止在一光滑平台上,薄板的右端与平台的边缘O对齐。薄板上的一小物块从薄板的左端以某一初速度向右滑动,当薄板运动的距离时,物块从薄板右端水平飞出;当物块落到地面时,薄板中心恰好运动到O点。已知物块与薄板的质量相等。它们之间的动摩擦因数,重力加速度大小。求
(1)物块初速度大小及其在薄板上运动的时间;
(2)平台距地面的高度。
64.(2024·吉林·高考真题)(多选)一足够长木板置于水平地面上,二者间的动摩擦因数为μ。时,木板在水平恒力作用下,由静止开始向右运动。某时刻,一小物块以与木板等大、反向的速度从右端滑上木板。已知到的时间内,木板速度v随时间t变化的图像如图所示,其中g为重力加速度大小。时刻,小物块与木板的速度相同。下列说法正确的是( )
A.小物块在时刻滑上木板 B.小物块和木板间动摩擦因数为2μ
C.小物块与木板的质量比为3︰4 D.之后小物块和木板一起做匀速运动
65.(2023·海南·高考真题)如图所示,有一固定的光滑圆弧轨道,半径,一质量为的小滑块B从轨道顶端滑下,在其冲上长木板C左端时,给木板一个与小滑块相同的初速度,已知,B、C间动摩擦因数,C与地面间的动摩擦因数,C右端有一个挡板,C长为。
求:
(1)滑到的底端时对的压力是多大?
(2)若未与右端挡板碰撞,当与地面保持相对静止时,间因摩擦产生的热量是多少?
(3)在时,B与C右端挡板发生碰撞,且碰后粘在一起,求从滑上到最终停止所用的时间。
66.(2021·全国乙卷·高考真题)(多选)水平地面上有一质量为的长木板,木板的左端上有一质量为的物块,如图(a)所示。用水平向右的拉力F作用在物块上,F随时间t的变化关系如图(b)所示,其中、分别为、时刻F的大小。木板的加速度随时间t的变化关系如图(c)所示。已知木板与地面间的动摩擦因数为,物块与木板间的动摩擦因数为,假设最大静摩擦力均与相应的滑动摩擦力相等,重力加速度大小为g。则( )
A. B.
C. D.在时间段物块与木板加速度相等
67.(2019·江苏·高考真题)如图所示,质量相等的物块A和B叠放在水平地面上,左边缘对齐.A与B、B与地面间的动摩擦因数均为μ.先敲击A,A立即获得水平向右的初速度,在B上滑动距离L后停下.接着敲击B,B立即获得水平向右的初速度,A、B都向右运动,左边缘再次对齐时恰好相对静止,此后两者一起运动至停下.最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g.求:
(1)A被敲击后获得的初速度大小vA;
(2)在左边缘再次对齐的前、后,B运动加速度的大小aB、aB';
(3)B被敲击后获得的初速度大小vB.
67.(2019·全国III卷·高考真题)(多选)如图(),物块和木板叠放在实验台上,物块用一不可伸长的细绳与固定在实验台上的力传感器相连,细绳水平。t=0时,木板开始受到水平外力F的作用,在t=4s时撤去外力。细绳对物块的拉力f随时间t变化的关系如图(b)所示,木板的速度v与时间t的关系如图(c)所示。木板与实验台之间的摩擦可以忽略,重力加速度取。由题给数据可以得出
A.木板的质量为1kg
B.2s~4s内,力F的大小为0.4N
C.0~2s内,力F的大小保持不变
D.物块与木板之间的动摩擦因数为0.2
68.(2017·全国III卷·高考真题)如图,两个滑块A和B的质量分别为mA=1 kg 和mB=5 kg,放在静止于水平地面上的木板的两端,两者与木板间的动摩擦因数均为μ1=0.5,木板的质量为m=4 kg,与地面间的动摩擦因数为μ2=0.1。某时刻A、B两滑块开始相向滑动,初速度大小均为v0=3 m/s。A、B相遇时,A与木板恰好相对静止。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度大小g=10 m/s2。求:
(1)B与木板相对静止时,木板的速度大小;
(2)木板在地面上运动的距离一共是多少?
【牛顿定律与图像的结合】(69T-71T)
69.(2025·甘肃·高考真题)如图1所示,细杆两端固定,质量为m的物块穿在细杆上。初始时刻。物块刚好能静止在细杆上。现以水平向左的力F作用在物块上,F随时间t的变化如图2所示。开始滑动瞬间的滑动摩擦力等于最大静摩擦力。细杆足够长,重力加速度为g,θ=30°。
求:(1)t=6s时F的大小,以及t在0~6s内F的冲量大小。
(2)t在0~6s内,摩擦力f随时间t变化的关系式,并作出相应的f−t图像。
(3)t=6s时,物块的速度大小。
70.(2025·陕晋青宁卷·高考真题)某智能物流系统中,质量为20kg的分拣机器人沿水平直线轨道运动,受到的合力沿轨道方向,合力F随时间t的变化如图所示,则下列图像可能正确的是( )
A.B.C.D.
71.(2023·全国甲卷·高考真题)(多选)用水平拉力使质量分别为、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和。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. B. C. D.
为则易 第 行则至
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