专题。三、牛顿运动定律。
1.(2013高考上海物理第6题)秋千的吊绳有些磨损。在摆动过程中,吊绳最容易断裂的时候是秋千。
a)在下摆过程中b)在上摆过程中。
c)摆到最高点时d)摆到最低点时。
答案:d 解析:当秋千摆到最低点时吊绳中拉力最大,吊绳最容易断裂,选项d正确。
2. (2013全国新课标理综ii第14题)一物块静止在粗糙的水平桌面上。从某时刻开始,物块受到一方向不变的水平拉力作用。
假设物块与桌面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,以a表示物块的加速度大小,f表示水平拉力的大小。能正确描述f与a之间关系的图象是。
【答案】c命题意图】本题考查摩擦力、牛顿第二定律、图象等基础知识点,意在考查考生应用相关知识定量分析物理问题,解决问题的能力。
解题思路】设物体所受滑动摩擦力为f,在水平拉力f作用下,物体做匀加速直线运动,由牛顿第二定律,f-f=ma,f= ma+f,所以能正确描述f与a之间关系的图象是c,选项c正确abd错误。
命题分析】此题从最常见的情景出发命题,应用最基础的知识,使物理更贴近生活,贴近实际。
3.(2013高考浙江理综第19题)如图所示,总质量为460kg的热气球,从地面刚开始竖直上升时的加速度为0.5m/s2,当热气球上升到180m时,以5m/s的速度向上匀速运动。若离开地面后热气球所受浮力保持不变,上升过程中热气球总质量不变,重力加速度g=10m/s2 。
关于热气球,下列说法正确的是。
a.所受浮力大小为4830n
b.加速上升过程中所受空气阻力保持不变。
c.从地面开始上升10s后的速度大小为5m/s
d.以5m/s匀速上升时所受空气阻力大小为230n
答案:ad解析:热气球离开地面后地面后做加速度逐渐减小的加速运动,对热气球从地面刚开始竖直上升时,由牛顿第二定律,f-mg=ma,解得所受浮力大小为4830n,选项a正确。
加速上升过程中所受空气阻力逐渐增大,选项b错误。由于做加速度逐渐减小的加速运动,热气球从地面开始上升10s后的速度小于5m/s,选项c错误。由平衡条件可得,f-mg-f=0,以5m/s匀速上升时所受空气阻力大小为f=f-mg=4830n -4600n =230n,选项d正确。
4.(2013高考安徽理综第14题)如图所示,细线的一端系一质量为m的小球,另一端固定在倾角为θ的光滑斜面体顶端,细线与斜面平行。在斜面体以加速度a水平向右做匀加速直线运动的过程中,小球始终静止在斜面上,小球受到细线的拉力t和斜面的支持力为fn分别为(重力加速度为g)
a. t=m (gsinθ+ acosθ),fn= m(gcosθ- asinθ)
b. t=m(gsinθ+ acosθ) fn= m(gsinθ- acosθ)
c. t=m(acosθ- gsinθ) fn= m(gcosθ+ asinθ)
d. t=m(asinθ- gcosθ) fn= m(gsinθ+ acosθ)
答案】a 解析】将绳子的拉力t和斜面弹力fn分解为水平方向和竖直方向。
tcosθ- fn sinθ=ma
tsinθ- fn cosθ=mg
联立两式解方程组,得t=m(gsinθ+ acosθ) fn= m(gcosθ- asinθ),选项a正确;
5.(15分)(2013高考山东理综第22题)如图所示,一质量m=0.4kg的小物块,以v0=2m/s的初速度,在与斜面成某一夹角的拉力f作用下,沿斜面向上做匀加速运动,经t=2s的时间物块由a点运动到b点,a、b之间的距离l=10m。
已知斜面倾角θ=30o,物块与斜面之间的动摩擦因数。重力加速度g取10 m/s2.
1)求物块加速度的大小及到达b点时速度的大小。
2)拉力f与斜面的夹角多大时,拉力f最小?拉力f的最小值是多少?
解析:(1)设物块加速度的大小为a,到达b点时速度的大小为v,由运动学公式得:
l= v0t+at2, ①
v= v0+at, ②
联立①②式,代入数据解得:a=3m/s2,③
v=8m/s。④
2)设物块所受支持力为fn,所受摩擦力为ff,拉力与斜面之间的夹角为α。受力分析如图所示。由牛顿第二定律得:
fcosα-mgsinθ-ff=ma, ⑤
fsinα+fn-mgcosθ=0, ⑥
又ff=μfn
联立解得:f=。⑧
由数学知识得:cosα+sinα=sin(60°+α
由⑧⑨式可知对应的f最小值的夹角α=30° ⑩
联立③⑧⑩式,代入数据得f的最小值为:fmin=n。
6.(19分)(2013高考福建理综第21题)质量为m、长为l的杆水平放置,杆两端a、b系着长为3l的不可伸长且光滑的柔软轻绳,绳上套着一质量为m的小铁环。已知重力加速度为g,不计空气影响。
1)现让杆和环均静止悬挂在空中,如图甲,求绳中拉力的大小:
2)若杆与环保持相对静止,在空中沿ab方向水平向右做匀加速直线运动,此时环恰好悬于a端的正下方,如图乙所示。
①求此状态下杆的加速度大小a;
②为保持这种状态需在杆上施加一个多大的外力,方向如何?
解析:(1)如图1,设平衡时绳子拉力为t,有:2tcosθ-mg=0,由图可知,cosθ=。
联立解得:t=mg。
2)①此时,对小铁环受力分析如图2,有:t’ sinθ’=ma,t’+t’ cosθ’-mg=0,由图知,θ’60°,代入上述二式联立解得:a=g。
②如图3,设外力f与水平方向成α角,将杆和小铁环当成一个整体,有。
fcosα=(m+m)a
fsinα-(m+m)g=0
联立解得:f= (m+m)g,tanα=(或α=60°)
7. (2013全国新课标理综ii第25题)(18分)一长木板在水平面上运动,在t=0时刻将一相对于地面静止的物块轻放到木板上,以后木板运动的速度---时间图象如图所示。已知物块与木板的质量相等,物块与木板间及木板与地面间均有摩擦,物块与木板间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,且物块始终在木板上,取重力加速度的大小g=10m/s2,求:
1)物块与木板间、木板与地面间的动摩擦因数。
2)从t=0时刻到物块与木板均停止运动时,物块相对于木板的位移的大小。
命题意图】 本题主要考查牛顿运动定律,匀变速直线运动规律、速度图象、叠加体及其相关知识,意在考查考生灵活应用相关知识解决问题的能力。
解:(1)从t=0时开始,木板与物块之间的摩擦力使物块加速,使木板减速,次过程一直持续到物块和木板具有共同速度为止。
由图可知,在t1=0.5s时,物块和木板的速度相同,设t=0到t=t1时间间隔内,物块和木板的加速度分别为a1和a2,则。
a1= v1/ t1a2=(v0- v1)/ t1,②
式中v0=5m/s,v1=1m/s分别为木板在t=0、t=t1时速度的大小。
设物块和木板的质量为m,物块和木板间、木板与地面间的动摩擦因数分别为μ1、μ2,由牛顿第二定律得:
1mg=ma1,③
μ1+2μ2)mg=ma2,④
联立①②③式解得:μ1=0.20,⑤
2)在t1时刻后,地面对木板的摩擦力阻碍木板运动。物块与木板之间的摩擦力改变方向。设物块与木板之间的摩擦力大小为f,物块和木板的加速度大小分别为a1’和a2’,则由牛顿第二定律得:
f=m a1’,⑦
2μ2mg-f=ma2’。
假设f<μ1mg.则a1’=a2’。
由⑤⑥⑦式得f=μ2mg >μ1mg,与假设矛盾,故f=μ1mg ⑨
由⑦⑨式知,物块加速度大小a1’=a1.物块的v---t图象如图中点划线所示。
由运动学公式可推知,物块和木板相对于地面的运动距离分别为:
s1=2×,⑩
s2=t1+,⑾
物块相对于木板位移的大小为s= s2- s1。⑿
联立①⑤⑥解得:s=1.125m。
20时时块与。
方法技巧】解答叠加体的运动要隔离物体受力分析,对某个物体应用牛顿第二定律列出相关方程联立解得。
8.(2013高考上海物理第31题)(12分)如图,质量为m、长为l、高为h的矩形滑块置于水平地面上,滑块与地面间动摩擦因数为μ;滑块上表面光滑,其右端放置一个质量为m的小球。用水平外力击打滑块左端,使其在极短时间内获得向右的速度v0,经过一段时间后小球落地。求小球落地时距滑块左端的水平距离。
解析:滑块上表面光滑,小球水平方向不受力的作用,故当滑块的左端到达小球正上方这段时间内,小球速度始终为零,则对于滑块:
a=,v1==.
当滑块的左端到达小球正上方后,小球做自由落体运动,落地时间t=
滑块的加速度a’=μg
若此时滑块的速度没有减小到零,在t时间内滑块向右运动的距离为:
s=v1t-a’t2=-μg()2=-μh。
若在t时间内滑块已经停下来,则:s‘==l。
9.(2013高考江苏物理第14题)(16分)如图所示,将小砝码置于桌面上的薄纸板上,用水平向右的拉力将纸板迅速抽出,砝码的移动很小,几乎观察不到,这就是大家熟悉的惯性演示实验。 若砝码和纸板的质量分别为和,各接触面间的动摩擦因数均为μ。 重力加速度为g。
1)当纸板相对砝码运动时,求纸板所受摩擦力的大小;
2)要使纸板相对砝码运动,求所需拉力的大小;
3)本实验中, =0.5kg, =0.1kg, μ0.
2,砝码与纸板左端的距离d=0.1m,取g=10m/s2。 若砝码移动的距离超过=0.
002m,人眼就能感知。 为确保实验成功,纸板所需的拉力至少多大?
解析。 (1)砝码对纸板的摩擦力桌面对纸板的摩擦力
解得 2)设砝码的加速度为,纸板的加速度为,则。
发生相对运动
解得 3)纸板抽出前,砝码运动的距离纸板运动的距离。
纸板抽出后,砝码在桌面上运动的距离
由题意知解得
代入数据得 f=22.4n。
10. (2013高考天津理综物理第10题)(16分)质量为m=4kg的小物块静止于水平地面上的a点,现用f=10n的水平恒力拉动物块一段时间后撤去,物块继续滑动一段位移停在b点,a、b两点相距x=20m,物块与地面间的动摩擦因数μ=0.2,g取10m/s2,,求:
l)物块在力f作用过程发生位移xl的大小:
2)撤去力f后物块继续滑动的时间t。
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