专题（20）高热考点强化训练 动力学图象问题（解析版）

2021年高考物理一轮复习考点全攻关专题（20）高热考点强化训练动力学图象问题（解析版）选择题（本题共13小题，满分78分）1.图1为伽利略研究自由落体运动实验的示意图，让小球由倾角为θ的光滑斜面滑下，然后在不同的θ角条件下进行多次实验，最后推理出自由落体运动是一种匀加速直线运动。分析该实验可知，小球对斜面的压力、小球运动的加速度和重力加速度与各自最大值的比值y随θ变化的图像分别对应图2中的（）A.①、②和③B.③、②和①C.②、③和①D.③、①和②【答案】B【解析】小球对斜面的压力F＝mgcosθ，该压力的最大值为Fmax＝mg，所以压力与其最大值的比值y＝cosθ，压力的y－θ图象对应图线③；小球运动的加速度a＝gsinθ，其最大值amax＝g，所以该加速度与其最大值的比值y＝sinθ，其y－θ图象对应图线②；重力加速度g始终恒定不变，其对应的y=l，所以重力加速度的y－θ图象对应于图线①。本题答案为B。2．静止物体受到的合外力随时间变化的图象如图2所示，则它的速度随时间变化的图象是下列选项图中的()图2【答案】A解析由合外力随时间变化的图象，可知物体从静止开始运动，在前两段时间内都是做匀加速运动，且第二次加速度大于第一次加速度，之后合外力为零，做匀速运动，故A正确．3.如图3所示，滑块以初速度v0沿表面粗糙且足够长的固定斜面，从顶端下滑，直至速度为零。对于该运动过程，若用h、s、v、a分别表示滑块的下降高度、位移、速度和加速度的大小，t表示时间，则下列图象最能正确描述这一运动规律的是图3【答案】B【解析】由题意知，在下滑的过程中，根据牛顿第二定律可得：－mgsinθ＋µmgcosθ＝ma，故加速度保持不变，物块做匀减速运动，所以C、D错误；根据匀变速运动的规律，可得B正确；下降的高度h=xsinθ，所以A错误。4．一次演习中，一空降特战兵实施空降，飞机悬停在高空某处后，空降特战兵从机舱中跳下，设空降特战兵沿直线运动，其速度—时间图象如图3a所示，当速度减为零时特战兵恰好落到地面．已知空降特战兵的质量为60kg.设降落伞用8根对称的绳悬挂空降特战兵，每根绳与中轴线的夹角均为37°，如图b所示．不计空降特战兵所受的阻力．则空降特战兵(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g＝10m/s2)()图4A．前2s处于超重状态B．从200m高处开始跳下C．落地前瞬间降落伞的每根绳对特战兵的拉力大小为125ND．整个运动过程中的平均速度大小为10m/s【答案】C解析由题v－t图象可知，降落伞在前2s内加速下降，中间5s匀速下降，最后6s减速下降，故前2s失重，选项A错误；由v－t图线与t轴所围的面积等于物体位移的大小知，x＝eq\f(1,2)×(5＋13)×20m＝180m，选项B错误；落地前瞬间a＝eq\f(Δv,Δt)＝eq\f(0－20,6)m/s2＝－eq\f(10,3)m/s2，对特战兵，由牛顿第二定律有mg－8FT·cos37°＝ma，解得FT＝125N，选项C正确；全程平均速度v＝eq\f(x,t)＝eq\f(180,13)m/s>10m/s，选项D错误．5．如图5所示，在光滑水平面上有一质量为m1的足够长的木板，其上叠放一质量为m2的木块。假定木块和木板之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等。现给木块施加一随时间t增大的水平力F=kt(k是常数)，木板和木块加速度的大小分别为a1和a2，下列反映a1和a2变化的图线中正确的是图5【答案】A【解析】水平力F小于木块和木板之间的最大静摩擦力时，木块和木板以相同的加速度一起运动，且加速度增大；水平力F大于木块和木板之间的最大静摩擦力后，木板做匀加速运动，C错误，木块做加速度增大的加速运动，BD错误，A正确。6．广州塔，昵称“小蛮腰”，总高度达600米，游客乘坐观光电梯大约一分钟就可以到达观光平台．若电梯简化成只受重力与绳索拉力，已知电梯在t＝0时由静止开始上升，a－t图象如图6所示．则下列相关说法正确的是()图6A．t＝4.5s时，电梯处于失重状态B．5～55s时间内，绳索拉力最小C．t＝59.5s时，电梯处于超重状态D．t＝60s时，电梯速度恰好为零【答案】D解析利用a－t图象可判断：t＝4.5s时，电梯有向上的加速度，电梯处于超重状态，A错误；0～5s时间内，电梯处于超重状态，拉力大于重力，5～55s时间内，电梯处于匀速上升过程，拉力等于重力，55～60s时间内，电梯处于失重状态，拉力小于重力，综上所述，B、C错误；因a－t图线与t轴所围的“面积”代表速度改变量，而图中横轴上方的“面积”与横轴下方的“面积”相等，则电梯的速度在t＝60s时为零，D正确．7.一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之间的关系的图象是()【答案】C解析当拉力F小于最大静摩擦力时，物块静止不动，加速度为零，当F大于最大静摩擦力时，根据F－f＝ma知，随F的增大，加速度a增大，故选项C正确。8.用外力F拉一物体使其做竖直上升运动，不计空气阻力，加速度a随外力F的变化关系如图7所示，下列说法正确的是()图7A．物体的质量为eq\f(F0,a0)B．地球表面的重力加速度为2a0C．当a>0时，物体处于失重状态D．当a＝a1时，拉力F＝eq\f(F0,a0)a1【答案】A解析当F＝0时a＝－a0，此时的加速度为重力加速度，故g＝a0，所以B错误；当a＝0时，拉力F＝F0，拉力大小等于重力，故物体的质量为eq\f(F0,a0)，所以A正确；当a>0时，加速度方向竖直向上，物体处于超重状态，所以C错误；当a＝a1时，由牛顿第二定律得F－mg＝ma1，又m＝eq\f(F0,a0)、g＝a0，故拉力F＝eq\f(F0,a0)(a1＋a0)，所以D错误．9.如图8，滑块以初速度v0沿表面粗糙且足够长的固定斜面，从顶端下滑，直至速度为零。对于该运动过程，若用h、x、v、a分别表示滑块的下降高度、位移、速度和加速度的大小，t表示时间，则下列图象最能正确描述这一运动规律的是()图8【答案】B解析滑块以初速度v0沿粗糙斜面下滑直至停止，可知滑块做匀减速直线运动。对滑块受力分析易得a＝μgcosθ－gsinθ，方向沿斜面向上，选项C、D错误；x＝v0t－eq\f(1,2)at2，h＝xsinθ，由图象规律可知选项A错误，B正确。10.(多选)如图9所示，劲度系数为k的轻弹簧竖直放置，下端固定在水平地面上．一质量为m的小球，从离弹簧上端高h处自由下落，接触弹簧后继续向下运动．小球从开始下落到小球第一次运动到最低点的过程中，下列关于小球的速度v、加速度a随时间t变化的图象中符合实际情况的是()图9【答案】AD解析在小球下落的开始阶段，小球做自由落体运动，加速度为g；接触弹簧后，开始时重力大于弹力，加速度方向向下，随着小球的不断下降，弹力逐渐变大，故小球做加速度减小的加速运动，某时刻加速度可减小到零，此时速度最大；小球继续下落时，弹力大于重力，加速度方向变为向上，且加速度逐渐变大，直到速度减小到零，到达最低点，由对称知识可知，到达最低点的加速度大于g，故A、D正确．11．(多选)水平地面上质量为1kg的物块受到水平拉力F1、F2的作用，F1、F2随时间的变化如图10所示，已知物块在前2s内以4m/s的速度做匀速直线运动，g取10m/s2，则()图10A．物块与地面的动摩擦因数0.2B．3s末物块受到的摩擦力大小为3NC．4s末物块受到的摩擦力大小为1ND．5s末物块的加速度大小为3m/s2【答案】BC解析0～2s内物体做匀速直线运动，由平衡条件得F1＝F2＋Ff，得物块受到的摩擦力大小Ff＝F1－F2＝8N－5N＝3N，由Ff＝μmg得μ＝0.3，故A错误；2s后，由牛顿第二定律得F1－F2－Ff＝ma得a＝－2m/s2物体开始做匀减速运动，匀减速至速度为零的时间为t＝eq\f(0－v0,a)＝eq\f(－4,－2)s＝2s所以t＝4s时刻速度为零，则知3s末物块受到的摩擦力大小为3N，选项B正确；由于物体所受的最大静摩擦力至少等于3N，而此时F1－F2＝6N－5N＝1N，小于最大静摩擦力，因此t＝4s后物体静止不动，所受的摩擦力为Ff′＝F1－F2＝6N－5N＝1N，5s末物块的加速度大小为0，故C正确，D错误。12.(多选)如图11(a)，一物块在t＝0时刻滑上一固定斜面，其运动的v－t图线如图(b)所示。若重力加速度及图中的v0、v1、t1均为已知量，则可求出()图11A．斜面的倾角B．物块的质量C．物块与斜面间的动摩擦因数D．物块沿斜面向上滑行的最大高度【答案】ACD解析由v－t图象可求物块沿斜面向上滑行时的加速度大小为a＝eq\f(v0,t1)，根据牛顿第二定律得mgsinθ＋μmgcosθ＝ma，即gsinθ＋μgcosθ＝eq\f(v0,t1)。同理向下滑行时gsinθ－μgcosθ＝eq\f(v1,t1)，两式联立得sinθ＝eq\f(v0＋v1,2gt1)，μ＝eq\f(v0－v1,2gt1cosθ)，可见能计算出斜面的倾斜角度θ以及动摩擦因数，选项A、C正确；物块滑上斜面时的初速度v0已知，向上滑行过程为匀减速直线运动，末速度为0，那么平均速度为eq\f(v0,2)，所以沿斜面向上滑行的最远距离为x＝eq\f(v0,2)t1，根据斜面的倾斜角度可计算出向上滑行的最大高度为xsinθ＝eq\f(v0,2)t1×eq\f(v0＋v1,2gt1)＝eq\f(v0（v0＋v1）,4g)，选项D正确；仅根据v－t图象无法求出物块的质量，选项B错误。13．(多选)长木板上表面的一端放有一个木块，木块与木板接触面上装有摩擦力传感器，如图12甲所示，木板由水平位置缓慢向上转动(即木板与地面的夹角θ变大)，另一端不动，摩擦力传感器记录了木块受到的摩擦力Ff随角度θ的变化图象如图乙所示．下列判断正确的是()图12A．木块与木板间的动摩擦因数μ＝tanθ1B．木块与木板间的动摩擦因数μ＝eq\f(Ff2,mgcosθ1)C．木板与地面的夹角为θ2时，木块做自由落体运动D．木板由θ1转到的θ2的过程中，木块的速度变化越来越快【答案】AD解析由题图可知，当夹角为θ1时木块刚刚开始滑动，则mgsinθ1＝μmgcosθ1，可得μ＝tanθ1，故选项A正确，B错误；木板与地面的夹角为θ2时，摩擦力为零，则木块只受重力作用，但此时速度不是零，木块不做自由落体运动，做初速度不为零、加速度为g的匀加速运动，故选项C错误；对木块，根据牛顿第二定律有：mgsinθ－μmgcosθ＝ma，则a＝gsinθ－μgcosθ，则木板由θ1转到的θ2的过程中，随着θ的增大，加速度a增大，即速度变化越来越快，故选项D正确．计算题（本题共2题，满分22分）14.（10分）质量为0.1kg的弹性球从空中某高度由静止开始下落，该下落过程对应的v-t图象如图13所示。球与水平地面相碰后离开地面时的速度大小为碰撞前的3/4。该球受到的空气阻力大小恒为f，取=10m/s2，求：图14(1)弹性球受到的空气阻力f的大小；(2)弹性球第一次碰撞后反弹的高度h。【答案】(1)0.2N(2)【解析】(1)设弹性球第一次下落过程中的加速度大小为a1，由图知①根据牛顿第二定律，得②③(2)由速度时间图象可知，弹性球第一次到达地面的速度为v＝4m/s，则弹性球第一次离开地面时的速度大小为v’＝3m/s，离开地面，根据0－v’2＝2a’h，解得：h＝。15.（12分）一长木板置于粗糙水平地面上，木板左端放置一小物块，在木板右方有一墙壁，木板右端与墙壁的距离为4.5m，如图(a)所示。它＝零时刻开始，小物块与木板一起以共同速度向右运动，直至t＝1s时木板与墙壁碰撞(碰撞时间极短)。碰撞前后木板速度大小不变，方向相反；运动过程中小物块始终未离开木板。已知碰撞后1s时间内小物块的v－t图线如图(b)所示。木板的质量是小物块质量的15倍，重力加速度大小g取10m/s2。求(1)木板与地面间的动摩擦因数µ1及小物块与木板间的动摩擦因数µ2；(2)木板的最小长度；(3)木板右端离墙壁的最终距离。【答案】(1)µ1=0.1µ2=0.4(2)6m(3)6.5m【解析】(1)根据图像可以判定碰撞前木块与木板共同速度为碰撞后木板速度水平向左，大小也是木块受到滑动摩擦力而向右做匀减速，根据牛顿第二定律有解得木板