2013年全国高考物理试题分类解释：专题三、牛顿运动定律

2013年全国高考物理试题分类解释：专题三、牛顿运动定律

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 ①‎ Tsinθ- FN cosθ=mg ②‎ 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。 ⑦‎ 联立解得：F=。⑧‎ 由数学知识得：cosα+sinα=sin(60°+α)， ⑨‎ 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/ t1，① a2=(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：‎ μ1mg=ma1，③‎ ‎(μ1+2μ2)mg=ma2，④‎ 联立①②③④式解得：μ1=0.20，⑤‎ μ2=0.30.，⑥‎ ‎（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’。 ⑧‎ 假设f<μ1mg.则a1’=a2’。‎ 由⑤⑥⑦⑧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①⑤⑥⑧⑨⑩⑾⑿解得：s=1.125m。‎ ‎20时时块与⑨⑩⑨⑩②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩‎ ‎【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 ‎①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。‎ ‎②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， μ=0.2，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。‎ 解析：（1）设物块受到的滑动摩擦力为F1，则F1=μmg 根据动能定理，对物块由A到B的整个过程，有：Fx1-F1x=0.‎ 代入数据解得：x1=16m。‎ ‎（2）设刚撤去力F时物块的速度为v，此后物块的加速度为a，滑动的位移为x2，则 x2=x- x1。‎ 由牛顿第二定律得：F1=ma，‎ 由匀变速直线运动规律得，v2=2ax2，‎ 以物块运动方向为正方向，由动量定理，得-F1t=0-mv，‎ 代入数据解得：t=2s。‎