压轴题01 牛顿运动定律 匀变速直线运动（原卷版）

压轴题01牛顿运动定律匀变速直线运动1.本专题是动力学方法的典型题型，包括动力学两类基本问题和应用动力学方法解决多运动过程问题。高考中既可以在选择题中命题，更会在计算题中命题。2024年高考对于动力学的考查仍然是热点。2.通过本专题的复习，可以培养同学们的审题能力,分析和推理能力。提高学生关键物理素养。3.用到的相关知识有:匀变速直线运动规律,受力分析、牛顿运动定律等。牛顿第二定律对于整个高中物理的串联作用起到至关重要的效果，是提高学生关键物理素养的重要知识点，因此在近几年的高考命题中动力学问题一直都是以压轴题的形式存在，其中包括对与高种常见的几种运动形式，以及对于图像问题的考查等，所以要求考生了解题型的知识点及要领，对于常考的模型要求有充分的认知。考向一：有关牛顿第二定律的连接体问题1.处理连接体问题的方法：①当只涉及系统的受力和运动情况而不涉及系统内某些物体的受力和运动情况时，一般采用整体法。②当涉及系统(连接体)内某个物体的受力和运动情况时，一般采用隔离法。2.处理连接体问题的步骤：3.特例：加速度不同的连接体的处理方法：①方法一（常用方法）：可以采用隔离法，对隔离对象分别做受力分析、列方程。②方法二（少用方法）：可以采用整体法，具体做法如下：此时牛顿第二定律的形式：；说明：①F合x、F合y指的是整体在x轴、y轴所受的合外力，系统内力不能计算在内；②a1x、a2x、a3x、……和a1y、a2y、a3y、……指的是系统内每个物体在x轴和y轴上相对地面的加速度。考向二：有关牛顿第二定律的动力学图像问题常见图像v­t图像、a­t图像、F­t图像、F­a图像三种类型(1)已知物体受到的力随时间变化的图线，求解物体的运动情况。(2)已知物体的速度、加速度随时间变化的图线，求解物体的受力情况。(3)由已知条件确定某物理量的变化图像。解题策略(1)问题实质是力与运动的关系，要注意区分是哪一种动力学图像。(2)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。破题关键(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所表示的物理意义：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、情境结合起来，再结合斜率、特殊点、面积等的物理意义，确定从图像中反馈出来的有用信息，这些信息往往是解题的突破口或关键点。考向三：有关牛顿第二定律的临界极值问题1．“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：两物体相接触且处于相对静止时，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，绳子松弛与拉紧的临界条件是FT＝0。(4)速度达到最值的临界条件：加速度为0。2．“两种”典型分析方法临界法分析题目中的物理过程，明确临界状态，直接从临界状态和相应的临界条件入手，求出临界值。解析法明确题目中的变量，求解变量间的数学表达式，根据数学表达式分析临界值。考向四：滑块—滑板模型1．模型特点：涉及两个物体，并且物体间存在相对滑动。2．摩擦力方向的特点(1)若两个物体同向运动，且两个物体“一快一慢”，则“快”的物体受到的另一个物体对它的摩擦力为阻力，“慢”的物体受到的另一个物体对它的摩擦力为动力。(2)若两个物体反向运动，则每个物体受到的另一个物体对它的摩擦力均为阻力。3．运动特点(1)滑块由滑板的一端运动到另一端的过程中，若滑块和滑板同向运动，位移大小之差等于板长；反向运动时，位移大小之和等于板长。设板长为L，滑块位移大小为x1，滑板位移大小为x2同向运动时：如图甲所示，L＝x1－x2反向运动时：如图乙所示，L＝x1＋x2(2)若滑块与滑板最终相对静止，则它们的末速度相等。考向五：传送带问题1．水平传送带模型情景1(1)可能一直加速(2)可能先加速后匀速情景2(1)v0>v时，可能一直减速，也可能先减速再匀速(2)v0<v时，可能一直加速，也可能先加速再匀速情景3(1)传送带较短时，滑块一直减速到达左端(2)传送带较长时，滑块还要被传送带传回右端。其中v0>v返回时速度为v，当v0<v返回时速度为v02．倾斜传送带模型情景1(1)可能一直加速(2)可能先加速后匀速情景2(1)可能一直加速(2)可能先加速后匀速(3)可能先以a1加速后再以a2加速情景3(1)可能一直加速(2)可能一直匀速(3)可能先加速后匀速(4)可能先减速后匀速(5)可能先以a1加速后再以a2加速(6)可能一直减速情景4(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(4)可能先减速，再反向加速，最后匀速(5)可能一直减速01有关牛顿第二定律的连接体问题1.(多选)如图所示，在粗糙的水平面上，质量分别为m和M的物块A、B用轻弹簧相连，两物块与水平面间的动摩擦因数均为μ，当用水平力F作用于B上且两物块共同向右以加速度a1匀加速运动时，弹簧的伸长量为x1；当用同样大小的恒力F沿着倾角为θ的光滑斜面方向作用于B上且两物块共同以加速度a2匀加速沿斜面向上运动时，弹簧的伸长量为x2，则下列说法中正确的是()A．若m>M，有x1＝x2 B．若m<M，有x1＝x2C．若μ>sinθ，有x1>x2 D．若μ<sinθ，有x1<x202有关牛顿第二定律的动力学图像问题2.(多选)水平地面上有一质量为m1的长木板，木板的左边上有一质量为m2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F1、F2分别为t1、t2时刻F的大小．木板的加速度a1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μ1，物块与木板间的动摩擦因数为μ2，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．F1＝μ1m1gB．F2＝eq\f(m2m1＋m2,m1)(μ2－μ1)gC．μ2>eq\f(m1＋m2,m2)μ1D．在0～t2时间段物块与木板加速度相等03有关牛顿第二定律的临界极值问题3.(多选)如图所示，质量mB＝2kg的水平托盘B与一竖直放置的轻弹簧焊接，托盘上放一质量mA＝1kg的小物块A，整个装置静止．现对小物块A施加一个竖直向上的变力F，使其从静止开始以加速度a＝2m/s2做匀加速直线运动，已知弹簧的劲度系数k＝600N/m，g＝10m/s2。以下结论正确的是()A.变力F的最小值为2NB.变力F的最小值为6NC.小物块A与托盘B分离瞬间的速度为0.2m/sD.小物块A与托盘B分离瞬间的速度为eq\f(\r(5),5)m/s4.如图甲所示，木板与水平地面间的夹角θ可以随意改变，当θ＝30°时，可视为质点的一小物块恰好能沿着木板匀速下滑．如图乙，若让该小物块从木板的底端每次均以大小相等的初速度v0＝10m/s沿木板向上运动，随着θ的改变，小物块沿木板向上滑行的距离x将发生变化，重力加速度g取10m/s2.(1)求小物块与木板间的动摩擦因数；(2)当θ角满足什么条件时，小物块沿木板向上滑行的距离最小，并求出此最小值。04传送带问题5.水平传送带A、B两端点相距，以的速度（始终保持不变）顺时针运转。今将一质量的小物块，无初速度地轻放至A点处，小物块与传送带间的动摩擦因数为。小物块离开传送带后，无速度损失地滑上质量的木板。木板与传送带等高，小物块与木板间的动摩擦因数也为，木板与地面间的动摩擦因数为，g取。求：（1）如果想让小物块从A点运动到B点的时间最短，求传送带的最小速度；（2）传送带以正常运行，小物块从A点运动到B点的时间（3）要使小物块不从木板上滑落，木板至少多长？05滑块—滑板模型6.如图，足够长的质量为的木板静置于水平地面上，木板右端放置一质量为的物块（可视为质点）。时刻，对木板施加一水平向右的恒定拉力，作用2s后撤去F。物块与木板间的动摩擦因数为，木板与地面间的动摩擦因数为，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度大小取。求：（1）未撤去F时，木板和物块的加速度大小？（2）撤去F时，木板的速度大小？（3）物块最终距木板右端的距离？1．（23-24高三上·辽宁葫芦岛·开学考）如图甲所示，将一圆环套在固定的足够长的水平杆上，环的内径略大于杆的截面直径，对环施加一斜向上与杆的夹角为θ的拉力F，当拉力逐渐变大时环的加速度随拉力F的变化规律如图乙所示。最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度大小g=10m/s2，下列说法正确的是（

）A．圆环的质量为0.5kgB．圆环与杆之间的动摩擦因数为0.2C．当F=10N时，圆环的加速度大小为12m/s2D．当圆环受到的摩擦力大小为1N时，圆环的加速度大小可能为8.75m/s22．（2024·湖北·二模）下图是大型户外水上竞技闯关活动中“渡河”环节的简化图。固定在地面上的圆弧轨道上表面光滑。质量的平板浮于河面上，其左端紧靠着圆弧轨道，且其上表面与轨道末端相切。平板左侧放置质量的橡胶块A。质量的人从圆弧轨道上与平板上表面高度差处由静止滑下，人与A碰撞后经与平板速度相等，此时A恰好冲出平板并沉入水中，不影响平板运动。已知人、橡胶块与平板间的动摩擦因数均为；平板受到水的阻力是其所受浮力的k倍。平板碰到河岸立即被锁定。河面平静，水的流速忽略不计，整个过程中有足够的安全保障措施。人、橡胶块A可看作质点，重力加速度g取，求：（1）人与橡胶块A相撞之后，A冲出平板之前，平板的加速度多大；（2）人与橡胶块A相撞之后瞬间，A的速度多大；（3）若“渡河”过程中，平板能够碰到河岸，河岸宽度的最大值。3．（2024·四川南充·二模）如图所示，固定在水平面的斜面倾角为37°，两个小物块A、B用轻绳相连，轻绳绕过斜面顶端的轻质小滑轮，滑轮与轮轴之间的摩擦不计，A物块锁定于斜面底部，B物块离地面高度为。已知A物块的质量为，B物块的质量为，A物块与斜面间的动摩擦因数，重加速度为，，。时刻，解除A物块的锁定状态，当B物块落地瞬间轻绳断裂，A恰好未与滑轮相撞，求：（1）B物块下落过程中的加速度a的大小及落地前瞬间的速度v的大小；（2）斜面的长度L及A从时刻起到返回斜面底端所需时间t。4.（2024高三下·全国·竞赛）如图所示，一根竖直固定的上下开口的长直圆管内有一个质量为M的薄圆盘，圆盘与圆管的上端口之间的距离为L，圆管长度为3L。一个质量为的小球从圆管的上端口由静止开始下落，并撞在圆盘中心处，碰撞后圆盘向下滑动，圆盘所受的阻力为其重力的1.2倍。小球在管内运动时与管壁不接触，圆盘始终水平，小球与圆盘发生的碰撞均为弹性碰撞且碰撞时间极短。不计空气阻力，重力加速度为g，求：（1）第一次碰撞后的瞬间小球和圆盘的速度；（2）从第一次碰撞后到第二次碰撞前，小球与圆盘之间的最大距离；（3）小球与圆盘能否在圆管内发生第二次碰撞？如果能，求碰撞时圆盘距长直圆管下端口的距离；如果不能，求圆盘离开圆管时的速度。5．（23-24高三下·江西·开学考试）如图所示，倾斜角为的等腰三角形斜面固定在水平面上，斜面足够长，一足够长的轻质绸带跨过斜面的顶端铺放在斜面的两侧，绸带与斜面间无摩擦。现将质量分别为的小物块同时轻放在斜面两侧的绸带上。两物块与绸带间的动摩擦因数均为，且最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，重力加速度。（1）末，的速度大小分别为多少？（2）内系统机械能的损失量为多少？（3）后重新开始计时，给施加一个平行于斜面向右下的力，给施加一个平行于斜面向右上随时间变化的力，则当两物块速度大小相等时，求二者的速度大小。6．（2024·四川泸州·二模）如图，质量的物块静置于质量的长木板右端，长木板长，物块与长木板间动摩擦因数，长木板与地面间动摩擦因数，物块与长木板之间、长木板与地面之间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度。现有一水平向右的恒力F作用在长木板上。（1）若恒力，求物块和长木板的加速度大小；（2）若恒力，求物块在长木板上滑动的时间；（3）若恒力，作用一段时间后撤去，物块恰好不从长木板上掉下，求恒力作用的时间。7．（23-24高三上·福建一模）如图甲所示，质量的盒状工件静置于粗糙的水平桌面上，O为工件上表面一点，工件上表面O点左侧光滑，右侧粗糙。质量的小滑块放在工件上并紧靠左侧壁，其与工件上表面粗糙部分间的动摩擦因数。现对工件施加水平推力F，推力F随时间t变化的关系如图乙所示，在推力作用下工件运动的速度v随时间t变化的关系如图丙所示。1.5s时撤去推力后，当滑块到达O点时工件速度恰好为零，滑块运动过程中始终未与工件右侧壁相碰。g取，不计工件侧壁的厚度，桌面足够长。求：（1）工件底面与水平桌面间的动摩擦因数；（2）工件光滑部分的长度d；（3）工件的最小长度L和工件发生的最大位移x。8．（23-24高三上·辽宁一模）如图所示，倾角的固定斜面上放有物块A和B，A、B之间拴接有劲度系数的轻弹簧，物块B和小桶C由跨过光滑的定滑轮的轻绳连接。开始时弹簧处于原长，A、B、C均处静止状态，且B刚好不受摩擦力，轻弹簧、轻绳平行于斜面。已知A、B的质量，A、B与斜面间的动摩擦因数均为0.875，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g取，，。（1）求C的质量；（2）求开始时A受到的摩擦力；（3）若向C中缓慢加入沙子，当B刚要向上运动还没动时，加入沙子的总质量记为，继续缓慢加入沙子，B缓慢向上运动，当A刚要向上运动还没动时（C未触地，弹簧处于弹性限度范围内），加入沙子的总质量记为；求：①②A刚要向上运动时，B已经向上运动的距离。

9．（2024·湖南邵阳·二模）某工厂利用配重物体通过轻质绳及光滑定滑轮协助传送带运煤，如图所示，倾角为θ=30°的传送带以v1=5m/s的速度顺时针转动，配重物体B的质量mB=300kg，离地高度为h=9m。现将质量mA=200kg的装煤麻袋A从传送带底端（与地面等高）无初速度释放，当B落地瞬间绳子断裂，最终A恰好能到达传送带顶端，传送带与麻袋接触面间动摩擦因数（传送带长度L大于9m）。g取10m/s2。求：（1）释放后瞬间B的加速度大小a1；（2）该过程中B对A所做的功W；（3）传送带长度L。10．（2024·云南昆明·三模）如图所示，长的水平传送带顺时针以速度匀速转动，可以视作质点且质量的物块A和物块B通过足够长的轻质细线相连（细线跨过光滑定滑轮）。t＝0时刻A物块从水平传送带最左端静止释放，时刻一质量为的子弹以初速度从右向左正对射入物块A并且穿出，穿出速度为，之后每隔就有一颗