知识点三 牛顿运动定律-2023年高考物理分类题库

知识点三牛顿运动定律1.(2023·全国乙卷·T14)一同学将排球自O点垫起,排球竖直向上运动,随后下落回到O点。设排球在运动过程中所受空气阻力大小和速度大小成正比,则该排球 ()A.上升时间等于下落时间B.被垫起后瞬间的速度最大C.达到最高点时加速度为零D.下落过程中做匀加速运动【解析】选B。上升过程和下落过程的位移大小相同,上升过程的末状态和下落过程的初状态速度均为零。对排球受力分析,上升过程的重力和阻力方向相同,下落过程中重力和阻力方向相反,根据牛顿第二定律可知,上升过程中任意位置的加速度比下落过程中对应位置的加速度大,则上升过程的平均加速度较大。由x=12at2可知,上升时间比下落时间短,A错误;上升过程排球做减速运动,下落过程排球做加速运动。在整个过程中空气阻力一直做负功,排球机械能一直在减小,下落过程中的最低点的速度小于上升过程的最低点的速度,故排球被垫起时的速度最大,B正确;达到最高点速度为零,空气阻力为零,此刻排球的加速度为重力加速度g,C错误;下落过程中,排球速度在变,所受空气阻力在变,故排球所受的合外力在变化,排球在下落过程中做变加速运动,D2.(2023·辽宁选择考·T2)安培通过实验研究,发现了电流之间相互作用力的规律。若两段长度分别为Δl1和Δl2、电流大小分别为I1和I2的平行直导线间距为r时,相互作用力的大小可以表示为ΔF=kI1I2Δl1ΔA.kg·m/(s2·A)B.kg·m/(s2·A2)C.kg·m2/(s3·A) D.kg·m2/(s3·A3)【解析】选B。根据题干公式ΔF=kI1I2Δl1Δl2r2整理可得k=ΔFr2I1I2Δl3.(2023·浙江6月选考·T1)下列四组物理量中均为标量的是 ()A.电势电场强度B.热量功率C.动量动能 D.速度加速度【解析】选B。电势为标量,电场强度为矢量,与题意不符,故A错误;热量和功率均为标量,故B正确;动量是矢量,动能是标量,与题意不符,故C错误;速度和加速度都为矢量,与题意不符,故D错误。4.(2023·浙江6月选考·T1)在足球运动中,足球入网如图所示,则 ()A.踢香蕉球时足球可视为质点B.足球在飞行和触网时惯性不变C.足球在飞行时受到脚的作用力和重力D.触网时足球对网的力大于网对足球的力【解析】选B。踢香蕉球时,香蕉球产生的原因主要是旋转,所以足球的大小和形状不能忽略,即需要考虑足球的大小和形状,足球不能看作质点,故A错误;足球的惯性仅与足球的质量有关,与运动状态无关,即在飞行和触网时足球的惯性不变,故B正确;足球在飞行时不受脚的作用力,仅受重力和空气阻力,故C错误;触网时足球对网的力和网对足球的力是一对作用力与反作用力,大小相等、方向相反,故D错误。5.(2023·山东等级考·T8)质量为M的玩具动力小车在水平面上运动时,牵引力F和受到的阻力f均为恒力。如图所示,小车用一根不可伸长的轻绳拉着质量为m的物体由静止开始运动。当小车拖动物体行驶的位移为s1时,小车达到额定功率,轻绳从物体上脱落。物体继续滑行一段时间后停下,其总位移为s2。物体与地面间的动摩擦因数不变,不计空气阻力。小车的额定功率P0为 ()A.2B.2C.2D.2【解析】选A。设物体与地面间的动摩擦因数为μ,小车达到额定功率时速度为v,小车拖动物体运动过程中,由牛顿第二定律得:F-f-μmg=(M+m)a1,由匀变速直线运动位移—速度公式得:v2=2a1s1,额定功率P0=Fv,轻绳从物体上脱落后,物体做匀减速直线运动,由牛顿第二定律得:μmg=ma2,由匀变速直线运动位移—速度公式得:v2=2a2(s2-s1),联立解得:P0=2F2(F-f)(s2-s6.(2023·全国乙卷·T17)一学生小组在探究电磁感应现象时,进行了如下比较实验。用图(a)所示的缠绕方式,将漆包线分别绕在几何尺寸相同的有机玻璃管和金属铝管上,漆包线的两端与电流传感器接通。两管皆竖直放置,将一很小的强磁体分别从管的上端由静止释放,在管内下落至管的下端。实验中电流传感器测得的两管上流过漆包线的电流I随时间t的变化分别如图(b)和图(c)所示,分析可知 ()A.图(c)是用玻璃管获得的图像B.在铝管中下落,强磁体做匀变速运动C.在玻璃管中下落,强磁体受到的电磁阻力始终保持不变D.用铝管时测得的电流第一个峰到最后一个峰的时间间隔比用玻璃管时的短【解析】选A。强磁体在铝管中运动,铝管会形成涡流,玻璃是绝缘体,故强磁体在玻璃管中运动,玻璃管不会形成涡流。强磁体在铝管中加速后很快达到平衡状态,做匀速直线运动,而玻璃管中的强磁体则一直做加速运动,故由图像可知图(c)的脉冲电流峰值不断增大,说明强磁体的速度在增大,与玻璃管中磁体的运动情况相符,A正确;在铝管中下落,脉冲电流的峰值一样,磁通量的变化率相同,故强磁体做匀速运动,B错误;在玻璃管中下落,玻璃管为绝缘体,线圈的脉冲电流峰值增大,电流不断在变化,故强磁体受到的电磁阻力在不断变化,C错误;强磁体分别从管的上端由静止释放,在铝管中,磁体在线圈间做匀速运动,玻璃管中磁体在线圈间做加速运动,故用铝管时测得的电流第一个峰到最后一个峰的时间间隔比用玻璃管时的长,D错误。【题后反思】解决本题的关键是通过图像获取有用信息——图(b)对应的强磁体做匀速直线运动,结合强磁体在铝管中运动,铝管会形成涡流,可知图(b)是用铝管获得的图像;图(c)对应的强磁体做加速直线运动,可知图(c)是用玻璃管获得的图像。7.(多选)(2023·湖北选择考·T9)如图所示,原长为l的轻质弹簧,一端固定在O点,另一端与一质量为m的小球相连。小球套在竖直固定的粗糙杆上,与杆之间的动摩擦因数为0.5。杆上M、N两点与O点的距离均为l,P点到O点的距离为12l,OP与杆垂直。当小球置于杆上P点时恰好能保持静止。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度大小为g。小球以某一初速度从M点向下运动到N点,在此过程中,弹簧始终在弹性限度内。下列说法正确的是 (A.弹簧的劲度系数为4B.小球在P点下方12l处的加速度大小为(32-4)C.从M点到N点的运动过程中,小球受到的摩擦力先变小再变大D.从M点到P点和从P点到N点的运动过程中,小球受到的摩擦力做功相同【解析】选A、D。小球在P点受力平衡,则有mg=f,f=μFN,FN=k(l-l2),联立解得k=4mgl,A正确;在MN之间任取一点A,令AO与MN之间的夹角为F=k(l-l2sinθ),小球受到的摩擦力为f1=μFN1=μFsinθ,化简得f1=μ(klsinθ-kl2),小球在MP之间时θ增大,在PN之间时θ减小,即摩擦力先变大后变小,C错误;根据对称性可知,在任意关于P点对称的点摩擦力大小相等,因此由对称性可知,M点到P点和P点到N点摩擦力做功大小相等,D正确;小球运动到P点下方l2时θ=45°,此时弹力大小F1=k(l-22l),摩擦力大小为f1=μ(kl22-kl2),由牛顿第二定律mg-f1+F1cosθ=ma,8.(多选)(2023·全国甲卷·T19)用水平拉力使质量分别为m甲、m乙的甲、乙两物体在水平桌面上由静止开始沿直线运动,两物体与桌面间的动摩擦因数分别为μ甲和μ乙。甲、乙两物体运动后,所受拉力F与其加速度a的关系图线如图所示。由图可知 ()A.m甲<m乙 B.m甲>m乙C.μ甲<μ乙 D.μ甲>μ乙【解析】选B、C。根据牛顿第二定律有F-μmg=ma,整理后有F=ma+μmg,则可知F-a图像的斜率为m,纵截距为μmg,则由题图可看出m甲>m乙,μ甲m甲g=μ乙m乙g,则μ甲<μ乙,故选B、C。9.(多选)(2023·湖南选择考·T10)如图,光滑水平地面上有一质量为2m的小车在水平推力F的作用下加速运动。车厢内有质量均为m的A、B两小球,两球用轻杆相连,A球靠在光滑左壁上,B球处在车厢水平底面上,且与底面的动摩擦因数为μ,杆与竖直方向的夹角为θ,杆与车厢始终保持相对静止。假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。下列说法正确的是 ()A.若B球受到的摩擦力为零,则F=2mgtanθB.若推力F向左,且tanθ≤μ,则F的最大值为2mgtanθC.若推力F向左,且μ<tanθ≤2μ,则F的最大值为4mg(2μ-tanθ)D.若推力F向右,且tanθ>2μ,则F的范围为4mg(tanθ-2μ)≤F≤4mg(tanθ+2μ)【解析】选C、D。对小球A:竖直方向受力平衡,则杆水平方向的分力与竖直方向的分力满足NxNy=tanθ,竖直方向Ny=mg,则Nx=mgtanθ,若B球受到的摩擦力为零,对B得Nx=ma,可得a=gtanθ,对小球A、B和小车整体有F=4ma=4mgtanθ,A错误;若推力F向左,可知加速度向左,小球A所受向左的合力的最大值为Nx=mgtanθ,对小球B,由于tanθ≤μ,小球B受到向左的合力F=μ(Ny+mg)-Nx≥mgtanθ,则对小球A有Nx=mamax,对系统整体有F=4mamax,解得F=4mgtanθ,B错误;若推力F向左,可知加速度向左,小球A所受向左的合力的最大值为Nx=mgtanθ,小球B所受向左的合力的最大值Fmax=(Ny+mg)·μ-Nx=2μmg-mgtanθ,由于μ<tanθ≤2μ可知Fmax<mgtanθ,则对小球B,Fmax=2μmg-mgtanθ=mamax,对系统F=4mamax,联立可得F的最大值为F=4mg(2μ-tanθ),C正确;若推力F向右,可知系统整体加速度向右,由于小球A可以受到左壁向右的支持力,理论上向右的合力可以无限大,因此只需要讨论小球B即可,当小球B所受的最大静摩擦力向左时,小球B向右的合力最小,此时Fmin=Nx-(Ny+mg)μ=mgtanθ-2μmg,当小球所受最大静摩擦力向右时,小球B向右的合力最大,此时Fmax=Nx+(Ny+mg)μ=mgtanθ+2μmg,对小球B有Fmin=mamin,Fmax=mamax,对系统有F=4ma,代入小球B所受合力范围可得F的范围为4mg(tanθ-2μ)≤F≤4mg(tanθ+2μ10.(2023·江苏选择考·T11)滑块以一定的初速度沿粗糙斜面从底端上滑,到达最高点B后返回到底端。利用频闪仪分别对上滑和下滑过程进行拍摄,频闪照片示意图如图所示。与图乙中相比,图甲中滑块 ()A.受到的合力较小B.经过A点的动能较小C.在A、B之间的运动时间较短D.在A、B之间克服摩擦力做的功较小【解析】选C。因为频闪照片时间间隔相同,对比图甲和乙可知图甲中滑块加速度大,是上滑阶段;根据牛顿第二定律可知图甲中滑块受到的合力较大,故A错误;从图甲中的A点到图乙中的A点,先上升后下降,重力做功为0,摩擦力做负功;根据动能定理可知图甲经过A点的动能较大,故B错误;由于图甲中滑块加速度大,根据v2-v02=2ax,可知图甲在A、B之间的运动时间较短,故C正确;由于无论上滑或下滑均受到滑动摩擦力,且大小相等,故图甲和图乙在A、B之间克服摩擦力做的功相等,故11.(2023·新课标全国卷·T25)密立根油滴实验的示意图如图所示。两水平金属平板上下放置,间距固定,可从上板中央的小孔向两板间喷入大小不同、带电量不同、密度相同的小油滴。两板间不加电压时,油滴a、b在重力和空气阻力的作用下竖直向下匀速运动,速率分别为v0、v04;两板间加上电压后(上板为正极),这两个油滴很快达到相同的速率v02,均竖直向下匀速运动。油滴可视为球形(1)求油滴a和油滴b的质量之比;(2)判断油滴a和油滴b所带电荷的正负,并求a、b所带电荷量的绝对值之比。【解析】(1)设油滴半径为r,密度为ρ,则油滴