2021年新高考真题物理汇编3 牛顿运动定律（解析版）

专题3牛顿运动定律

选择题

1.（2021高考新课程I卷山东卷）如图所示，载有物资的热气球静止于距水平地面H的高处，现将质量为

m的物资以相对地面的速度%水平投出，落地时物资与热气球的距离为d。已知投出物资后热气球的总质

量为M,所受浮力不变，重力加速度为g,不计阻力。以下判断正确的是（）

A.投出物资后热气球做匀加速直线运动

B.投出物资后热气球所受合力大小为‘咫

【解析】现将质量为m的物资以相对地面的速度”水平投出，根据动量守恒定律，mvO=Mv,热气球将获

mv（）

得水平向左的速度，v=M,投出物资后热气球所受合力大小为“1g,方向竖直向上，所以投出物资后热

1

气球做匀加速曲线运动，选项A错误B正确;由平抛运动规律，H=2gt2,解得t=物质水平向有

位移xl=v0t=v0气球沿竖直向上方向的加速度2=11^/乂，在1=时间内，气球沿竖直向上方向

的位移h=2at2=mH/M,水平向左方向位移x2=vt=落地时物资与热气球的距离为

J(X+/丫+(/?+”『

ci-联立解得：d=，选项C正确D错误。

2.（2021新高考北京卷）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

【解析】根据题述，下端悬挂钢球，静止时指针位于直尺40cm刻度处，40cm刻度对应的加速度为0,

选项B错误；由胡克定律，mg-lex.x=40cm-20cm=20cm=0.20m,30cm刻度，弹簧伸长

x।=30cm-20cm=10cm=0.10m,由牛顿第二定律,kxi-mg=ma\,解得ai=-0.5g,选项A正确:50cm刻度,

弹簧伸长X2=50cm-20cm=30cm=0.30m,由牛顿第二定律，kx2-mg-mai,解得“2=0.5g,选项C错误；由于

加速度与弹簧伸长量成线性关系，所以各刻度对应加速度的值是均匀的，选项D错误.

3.（2021高考新课程II卷海南卷）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尸作用在尸上后，轻绳的张力变为原来的一半.已知尸、Q两物块

的质量分别为0.5kg、〃％=0.2kg,尸与桌面间的动摩擦因数〃=0.5,重力加速度g=10m/s2.则

推力尸的大小为（）

A.4.0NB.3.0NC.2.5ND.1.5N

【答案】A

【解析】P静止在水平桌面上时，细线中拉力等于niQg=2N。将水平向右的力F作用在P上后，细线中

张力变为原来的-半，即FT=1N,隔离Q分析受力，由牛顿第二定律，niQg-FT=rriQa,解得a=5m/s2。

隔离P受力分析，由牛顿第二定律，F-ymPg+FT=mPa,解得F=4.0N,选项A正确。

4.（2021新高考湖南卷）“复兴号”动车组用多节车厢提供动力，从而达到提速的目的。总质量为加的动

车组在平直的轨道上行驶。该动车组有四节动力车厢，每节车厢发动机的额定功率均为P,若动车组所受

的阻力与其速率成正比五，2为常量），动车组能达到的最大速度为％.下列说法正确的是（）

A.动车组在匀加速启动过程中，牵引力恒定不变

B.若四节动力车厢输出功率均为额定值，则动车组从静止开始做匀加速运动

C.若四节动力车厢输出的总功率为2.25P,则动车组匀速行驶的速度为彳%

D.若四节动力车厢输出功率均为额定值，动车组从静止启动，经过时间f达到最大速度%,则这一过程中

该动车组克服阻力做的功为，加4-Pf

2

【答案】.C

【解析】本题考查对机车匀加速启动和恒定功率启动两种模型的理解掌握，主要考查灵活运用

知识能力.若四节动力车厢输出的总功率为2.25P,由4P=FmVm=Ar,“2,2.25P=kv2,联立解得动车组匀速

行驶的速度v=j%,选项C正确；由于动车组所受的阻力与其速率成正比，F^kv,动车组匀加速启动，

速度v=at,由牛顿第二定律，F-Fm=ma,其牵弓I力F=kat+ma,即牵引力F随时间t逐渐增大，选项A错误;

若四节动力车厢输出功率均为额定功率P,由P=Fv可知，其牵引力随速度的增大而减小，而动车组所受的

阻力与其速率成正比，，所以动车组从静止开始不可能做匀加速运动，选项B错误；若四节动力车厢输出功

率均为额定功率，则动车组总功率为4P,由动能定理，4Pr-%g/〃匕2,解得这一过程中该动车组克服阻

力做功为W尸4Pr-；〃叫/，选项口错误。

【名师点评】对于机车所受的阻力与其速率成正比问题，机车匀加速启动，其牵引力不是恒量。

5.（2021高考新课程H卷海南卷）公元前4世纪末，我国的《墨经》中提到“力，形之所以奋也”，意为力

是使有形之物突进或加速运动的原因.力的单位用国际单位制的基本单位符号来表示，正确的是（）

A.kg•m•s'B.kg•m•s_2C.Pa•m2D.J•m-1

【答案】B

【解析】山牛顿第二定律F=ma,可知力的单位N用国际单位制的基本单位符号来表示为kg-m/s2-kg-m

选项B正确。

6.（2021高考全国乙卷）水平地面上有一质量为小！的长木板，木板的左端上有一质量为ntz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8、马分别

为G、t2时刻F的大小。木板的加速度4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

擦因数为内，物块与木板间的动摩擦因数为人。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.耳=〃仰1g

小2（啊+叱）

B.F23一%）9

D.在0~t2时间段物块与木板加速度相等

【答案】CD

【解析】由（c）可知，在0~口时间内，木板加速度为零，木板静止。在tl~t2时间内，木板加速度逐渐增

大，t2时间后，木板加速度为恒量。由图（b）,根据力F随时间变化图像的面积表示冲量可知，在O~ti时

间内，物块与木板之间摩擦力为静摩擦力，物块静止，木板静止。在L~t2时间内，物块与木板之间摩擦力

为静摩擦力，物块静止，木板滑动，选项D正确；把物块和木板看作整体，在U时刻，牛顿第二定律，F,-

H.i（mi+m2）g=0,解得：FI-=JI,I（mi+m2）g,选项A错误；t2时间后，物块相对于木板滑动，木板所受的

滑动摩擦力为恒力，做匀加速直线运动。设t2时刻木板加速度为a,在t2时刻，对木板，由牛顿第二定律,

112m2g-n」（mi+m2）g=（mi+ni2）a,显然，中〉+'公必，选项C正确；对物块，由牛顿第二定律,B-N2m2g=m2a,

m2

与〃2m2g-p.i(mi+m2)g=(mi+rru)a,联立解得：F?=rri2g,选项B错误。

町+7%

7.（2021高考全国乙卷）水平桌面上，一质量为m的物体在水平恒力F拉动下从静止开始运动。物体通过

的路程等于S。时，速度的大小为I，。，此时撤去F,物体继续滑行2so的路程后停止运动。重力加速度大

小为g。贝iJ（）

A.在此过程中F所做的功为，

B.在此过程中F的冲量大小等于三小丹

2u

C.物体与桌面间的动摩擦因数等于上二

4sos

D.F的大小等于物体所受滑动摩擦力大小的2倍

【答案】BC【关键能力】本题通过水平恒力作用下的运动考查考生灵活运用知识的能力。

【学科素养】本题考查的学科素养主要是物理观念中的运动和相互作用观念，动量的观念，考生要能够用

功、牛顿运动定律和动量定理分析，能从物理学的运动和相互作用的视角分析问题。

【解析】根据功的定义，可知在此过程中，F做的功为WF=FSO,选项A错误；水平桌面上质量为m的物体

在恒力F作用下从静止开始做匀加速直线运动，，通过路程so时，速度大小为V。，撤去F后，由牛顿第二定

2

W，nmg=ma2,根据匀变速直线运动规律，v（＞2=2a2-2so，联立解得：,选项C正确；it]v（）2=2a2-2s（）,

4s°g

vo2=2aiso.可得ai=2a2，设物体在水平桌面上运动所受摩擦力为力由F-f="?ai,/=〃口2，可得F=3f,即F

的大小等于物体所受滑动摩擦力f大小的3倍，选项D错误；对F作用下物体运动的过程，由动量定理，

3

Ft-ft=mvo，解得F的冲量大小为IF=FI=]加片，选项B正确。

二.计算题

8.（11分）（2021新高考辽宁卷）机场地勤工作人员利用初速度从飞机上卸行李。如图所示，以恒定速率

vl=0.6m/s运行的传送带与水平面间的夹角a=37°,转轴间距L=3.95m。工作人员沿传送带方向以速度

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口=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。

【解析】(1)取沿传送带向下为正方向，由牛顿第二定律，，"享；山。-〃〃田8$<1=0^1，

2

解得：ai-0.4m/so负号表示加速度方向沿斜面向上。

即小包裹相对传送带滑动时的加速度大小为0.4m/s2。

(2)由vi-V2=at”解得小包裹速度减小到等于传送带速度时间ti=2.5s

2

由vr-v2=2ax,解得在这段时间小包裹位移x=2.75m

小包裹速度减小到等于传送带速度vi后，由于mgsina<jJmgcosa，小包裹与传送带同速向下运动,

由L-x=vitz，解得：h=2.0so

小包裹通过传送带所需时间t=t\+?2=2.5S+2.0S=4.5SO

9.(2021年6月浙江选考物理)机动车礼让行人是一种文明行为。如图所示，质量根nl.OxlO&g的汽

车以w=36km/h的速度在水平路面上匀速行驶，在距离斑马线s=20m处，驾驶员发现小朋友排着长

/=6m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L=6m,小朋友行走的速度％=0.5m/s,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V2=54m/h超速行驶，在距离斑马线s=20m处立即刹车，求汽车到斑马线时的速度。

u

【答案】⑴%=4s,f}=2.5xlO3N；(2)20s；(3)n=5石m/s

【解析】

(1)根据平均速度A=?

V

解得刹车时间4=4s

刹车加速度。

根据牛顿第二定律F『=ma

解得%=2.5x107

l+L

(2)小朋友过时间马=——

%

等待时间f=弓一：=20s

(3)根据田一^=2as

解得v=57501/s

【名师点评】本题以机动车礼让行人为情景，考查牛顿运动定律、匀变速直线运动规律及其相关知识点。

10.(9分)(2021年1月浙江选考)如图所示，质量m=2kg的滑块以vo=16m/s的初速度沿

倾角9=37。的斜面上滑，经=2s滑行到最高点。然后，滑块返回到出发点。已知sin37o=0.6,

cos37°=0.8,求滑块

(1)最大位移值X；

(2)与斜面间的动摩擦因数；

(3)从最高点返回到出发点的过程中重力的平均功率P。

【解析】（1）小车向上做匀减速直线运动，有

X—&

2

得x=16m

（2）加速度q=午=8m//

L、皿一mmgsino+/jmgcos0.八八

上滑过程q=-----------------=gsin8+〃gcos6

m

得U=0.25

（3）下滑过程4=驾包心吟^=gsin。一〃gcos6=4m/s2

m

山运动学公式v,=12a»x=8>/2m/s=11.3m/s

重力的平均功率A=mgScos（9（）。-。）=48&W=67.9W

11.（12分）（2021高考全国乙卷）一篮球质量为m=0.60kg,一运动员使其从距地面高度为口1=1.801处由

静止自由落下，反弹高度为口2=1.201。若使篮球从距地面口a=1.5m的高度由静止下落，并在开始下落的同时

向下拍球，球落地后反弹的高度也为1.5m。假设运动员拍球时对球的作用力为恒力，作用时间为t=0.20s；

该篮球每次与地面碰撞前后的动能的比值不变。重力加速度大小取g=10m/s2,不计空气阻力。求

（1）运动员拍球过程中对篮球所做的功；

（2）运动员拍球时对篮球的作用力的大小。

【解析】（1）从距地面高度为1=1.80!处由静止自由落下，接近地面时动能以尸〃?g/小根据反弹

高度为二2=L2m可知反弹回的动能为Eki-mghi，与地面碰撞前后的动能的比值为k=hl/h2=1.5。

使篮球从距地面工=1.5m的高度由静止下落，并在开始下落的同时向下拍球，球落地后反弹的高

度也为1.5m,反弹后的动能为E“=,〃g〃3，

篮球着地时动能为Eu=15咫加=13.5J,

由功能关系可得，运动员拍球过程中对篮球所做的功

W=Ek3-m^i=13.5J-9J=4.5Jo

（2）由牛顿第二定律，F+mg=ma,

t时间内篮球向下运动距离s=-at2,

2

运动员拍球时对篮球做功W=Fs

联立解得：F=9.0N

【名师点评】本题以运动员拍篮球创设情境，考查学生对动能、功、牛顿第二定律、匀变

速直线运动等概念和规律的理解与应用，引导学生增强体育锻炼，渗透健康第一的理念。

12.（6分）（2021新高考湖南卷）

某实验小组利用图（a）所示装置探究加速度与物体所受合外力的关系。主要实验步骤如下：

图（a）图（b）

（1）用游标卡尺测量垫块厚度力，示数如图（b）所示，h=cm；

（2）接通气泵，将滑块轻放在气垫导轨上，调节导轨至水平；

（3）在右支点下放一垫块，改变气垫导轨的倾斜角度；

（4）在气垫导轨合适位置释放滑块，记录垫块个数〃和滑块对应的加速度

（5）在右支点下增加垫块个数（垫块完全相同），重复步骤（4）,记录数据如下表:

n123456

（a/nrs，）0.0870.1800.2600.4250.519

根据表中数据在图（c）上描点，绘制图线。

0.6

0.5

0.4

0.3踊

军n

aI

0.2界■

0.1

0

图（c）

如果表中缺少的第4组数据是正确的，其应该是