【创新设计】2021届高考物理(江苏专用)二轮专题专讲训练：第2讲-力与物体的直线运动(含解析)

第2讲力与物体的直线运动一、单项选择题1．如图1－2－14所示，直线a和曲线b分别是在平直大路上行驶的汽车a和b的位移—时间(x－t)图线．由图可知 ()图1－2－14A．在时刻t1，a、b两车运动方向相同B．在时刻t2，a、b两车运动方向相反C．在t1到t2这段时间内，b车的速领先减小后增大D．在t1到t2这段时间内，b车的速率始终比a车的大解析x－t图线的斜率表示速度，从题图中看出，a车始终静止，b车先正向减速，速率减小为0后，再反向加速，因此A、B、D选项错误，C正确．答案C2．(2022·高考冲刺卷四)中国首次太空授课活动于2021年6月20日上午进行，如图1－2－15所示，航天员王亚平利用天宫一号中的“质量测量仪”测量航天员聂海胜的质量为74kg.测量时，聂海胜与轻质支架被王亚平水平拉离初始位置，且处于静止状态，当王亚平松手后，聂海胜与轻质支架受到一个大小为100N的水平恒力作用而复位，用光栅测得复位时瞬间速度为1m/s，则复位的时间为 ()图1－2－15A．0.74s B．0.37sC．0.26s D．1.35s解析宇航员复位的过程中由于受到的是水平恒力的作用，所以是匀变速直线运动，由牛顿其次定律可得宇航员的加速度为a＝eq\f(F,m)＝eq\f(100,74)m/s2，再依据加速度的定义式a＝eq\f(vt－v0,t)得到复位的时间为t＝eq\f(vt,a)＝eq\f(1,\f(100,74))s＝0.74s，A正确．答案A3．(2022·全国大纲卷，14)一质点沿x轴做直线运动，其v－t图象如图1－2－16所示．质点在t＝0时位于x＝5m处，开头沿x轴正向运动．当t＝8s时，质点在x轴上的位移为 ()图1－2－16A．x＝3m B．x＝8mC．x＝9m D．x＝14m解析利用匀变速直线运动的规律，结合v－t图象求解．质点前4s内沿x轴正方向运动，其位移可由v－t图象中的“面积”数值表示，则对应位移x1＝eq\f(2＋4×2,2)m＝6m．同理可得4s～8s内的位移(沿x轴负方向运动)x2＝－eq\f(2＋4×1,2)m＝－3m．又知初位置x0＝5m．则当在t＝8s时，质点在x轴上的位置为x＝x0＋x1＋x2＝8m，选项B正确．答案B4．如图1－2－17为表面粗糙、倾斜放置的传送带，物块可以由传递带顶端A由静止开头滑到传送带底端B，传送带静止时物块下滑的时间为t1，传送带逆时针匀速转动时物块下滑的时间为t2，传送带逆时针加速转动时物块下滑的时间为t3，传送带顺时针方向匀速转动时物块下滑的时间为t4，则关于这四个时间的大小关系，下列正确的是 ()图1－2－17A．t4＜t1＜t2＜t3 B．t4＜t1＝t2＜t3C．t4＜t1＝t2＝t3 D．t1＝t2＝t3＝t4解析传送带静止、逆时针转动时，物块相对于地面对下做匀加速运动的加速度相同，因此t1＝t2＝t3.由于传送带顺时针转动时，物块开头速度小于传送带速度时，加速度比逆时针转动时的加速度大，因此下滑的时间最短，C项正确．答案C5．(2022·全国卷新课标Ⅰ，17)如图1－2－18，用橡皮筋将一小球悬挂在小车的架子上，系统处于平衡状态．现使小车从静止开头向左加速，加速度从零开头渐渐增大到某一值，然后保持此值，小球稳定地偏离竖直方向某一角度(橡皮筋在弹性限度内)．与稳定在竖直位置时相比，小球的高度 ()图1－2－18A．肯定上升B．肯定降低C．保持不变D．上升或降低由橡皮筋的劲度系数打算解析法一当橡皮筋竖直时，由平衡条件知：k·Δx1＝mg，即Δx1＝eq\f(mg,k)橡皮筋的长度为l1＝l0＋Δx1＝l0＋eq\f(mg,k)当小球向左加速时，受力如图所示．橡皮筋的拉力FT＝k·Δx2①FTcosθ＝mg②此时小球距悬点在竖直方向的高度为l2＝(l0＋Δx2)cosθ③联立①②③得，l2＝l0cosθ＋eq\f(mg,k)比较l1和l2可知，l1>l2，小球的位置肯定上升，选项A正确．法二(极限法)当向左的加速度很大时，橡皮筋趋于水平，所以小球的位置要上升．答案A6.(2022·全国大纲卷，19)一物块沿倾角为θ的斜坡向上滑动．当物块的初速度为v时，上升的最大高度为H，如图1－2－19所示；当物块的初速度为eq\f(v,2)时，上升的最大高度记为h.重力加速度大小为g.物块与斜坡间的动摩擦因数和h分别为 ()图1－2－19A．tanθ和eq\f(H,2) B．(eq\f(v2,2gH)－1)tanθ和eq\f(H,2)C．tanθ和eq\f(H,2) D．(eq\f(v2,2gH)－1)tanθ和eq\f(H,4)解析设物块与斜坡间的动摩擦因数为μ，则物块沿斜坡上滑时的加速度大小a＝μgcosθ＋gsinθ①当物块的初速度为v时，由运动学公式知v2＝2aeq\f(H,sinθ)②当物块的初速度为eq\f(v,2)时，由运动学公式知eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,2)))2＝2aeq\f(h,sinθ)③由②③两式得h＝eq\f(H,4)由①②两式得μ＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v2,2gH)－1))tanθ.答案D二、多项选择题7.某同学站在电梯地板上，利用速度传感器和计算机争辩一观光电梯升降过程中的状况，如图1－2－20所示的v－t图象是计算机显示的观光电梯在某一段时间内的速度变化状况(向上为正方向)．依据图象供应的信息，可以推断下列说法中正确的是 ()图1－2－20A．0～5s内，观光电梯在加速上升，该同学处于失重状态B．5～10s内，该同学对电梯地板的压力等于他所受的重力C．10～20s内，观光电梯在加速下降，该同学处于失重状态D．20～25s内，观光电梯在加速下降，该同学处于失重状态解析0～5s内，观光电梯在加速上升，加速度方向向上，该同学处于超重状态，选项A错误；5～10s内，观光电梯匀速上升，该同学对电梯地板的压力等于他所受的重力，选项B正确；10～20s内，观光电梯在减速上升，加速度方向向下，该同学处于失重状态，选项C错误；20～25s内，观光电梯在加速下降，加速度方向向下，该同学处于失重状态，选项D正确．答案BD8.(2022·广东省试验中学质检)甲、乙两物体做直线运动的v－t图象如图1－2－21所示，由图可知 ()图1－2－21A．乙物体的加速度为1m/s2B．4s末两物体的速度相等C．4s末甲物体在乙物体前面D．条件不足，无法推断两物体何时相遇解析对乙物体，a＝eq\f(Δv,Δt)＝1.33m/s2，4s末两物体的速度相等，则选项A错误，选项B正确；由于不知道初始时刻甲、乙的位置关系，故无法推断4s末甲、乙的相对位置及两物体何时相遇，选项C错误，选项D正确．答案BD9．(2022·南京二模)如图1－2－22甲所示，质量为M＝2kg的木板静止在水平面上，可视为质点的物块(质量设为m)从木板的左侧沿木板表面水平冲上木板．物块和木板的速度—时间图象如图乙所示，g＝10m/s2，结合图象，下列说法正确的是 ()图1－2－22A．可求解物块在t＝2s时的位移B．可求解物块与木板间的动摩擦因数C．可求解物块的质量mD．可求解木板的长度解析由题图乙可求0～2s内物块的v－t图象所包围的面积(即位移)，选项A正确；由题图乙可知：am＝2m/s2＝μg，则μ＝0.2，选项B正确；由v－t图象知1s后二者以共同速度匀速运动，故水平面应光滑，故m＝M，选项C正确；由题图乙可求解物块与木板间的相对位移，但无法求解木板的长度，选项D错误．答案ABC三、非选择题10．2021年1月1日实施新的交通规定：黄灯亮时车头已经越过停车线的车辆可以连续前行，车头未越过停车线的若连续前行则视为闯黄灯，属于交通违章行为．现有甲、乙两汽车正沿同一平直大路同向匀速行驶，甲车在前，乙车在后，当两车快要到十字路口时，甲车司机看到黄灯闪烁，3秒黄灯提示后将再转为红灯．请问(1)若甲车在黄灯开头闪烁时刹车，要使车在黄灯闪烁的时间内停下来且刹车距离不得大于18m，则甲车刹车前的行驶速度不能超过多少？(2)若甲、乙车均以v0＝15m/s的速度驶向路口，乙车司机看到甲车刹车后也紧急刹车(乙车司机的反应时间Δt2＝0.4s，反应时间内视为匀速运动)．已知甲车、乙车紧急刹车时产生的加速度大小分别为a1＝5m/s2、a2＝6m/s2.若甲车司机看到黄灯闪烁时车头距警戒线L＝30m，要避开闯红灯，他的反应时间Δt1不能超过多少？(3)满足第(2)问的条件下，为保证两车在紧急刹车过程中不相撞，甲、乙两车刹车前的距离x0至少多大？解析(1)设在满足条件的状况下，甲车的最大行驶速度为v1，依据平均速度公式可得eq\f(v1,2)·t1＝18m，所以v1＝12m/s(2)对甲车：v0Δt1＋eq\f(v\o\al(2,0),2a1)＝L代入数据得Δt1＝0.5s(3)设乙车减速运动的时间为t，当甲、乙两车速度相等时，即v0－a2t＝v0－a1(t＋Δt2)解得t＝2s则v＝v0－a2t＝3m/sx1＝eq\f(v\o\al(2,0)－v2,2a1)＝21.6mx2＝v0Δt2＋eq\f(v\o\al(2,0)－v2,2a2)＝24m故刹车前的距离至少为x0＝x2－x1＝2.4m答案(1)12m/s(2)0.5s(3)2.4m11．如图1－2－23甲所示，倾角θ＝37°的斜面由粗糙的AB段和光滑的BC段组成，质量m＝1kg的物体(可视为质点)在平行斜面的恒定外力F作用下由A点加速下滑，运动到B点时，力F突然反向(大小不变)，其部分v－t图如图乙所示，物体滑到C点时速度恰好为零，取sin37°＝0.6，重力加速度g＝10m/s2，求：图1－2－23(1)外力F的大小及物体在AB段与斜面间的动摩擦因数μ.(2)物体从A到C的平均速度大小．解析(1)由v－t图可知物体在AB段的加速度为a1＝eq\f(Δv1,Δt1)＝10m/s2在BC段加速度为a2＝eq\f(Δv2,Δt2)＝－2m/s2由牛顿其次定律知物体在AB段有F＋mgsinθ－μmgcosθ＝ma1在BC段有mgsinθ－F＝ma2联立并代入数值得F＝8N，μ＝0.5.(2)由运动学规律知物体从B到C经受的时间为t2＝eq\f(Δv,a2)＝eq\f(10,2)s＝5s物体从A到B发生的位移为s1＝eq\f(v,2)t1＝5m物体从B到C发生的位移为s2＝eq\f(v,2)t2＝25m物体从A到C的平均速度大小eq\x\to(v)＝eq\f(s1＋s2,t1＋t2)＝5m/s.答案(1)8N0.5(2)5m/s12．(2022·山东卷，23)争辩表明，一般人的刹车反应时间(即图1－2－24甲中“反应过程”所用时间)t0＝0.4s，但饮酒会导致反应时间延长．在某次试验中，志愿者少量饮酒后驾车以v0＝72km/h的速度在试验场的水平路面上匀速行驶，从发觉状况到汽车停止，行驶距离L＝39m．减速过程中汽车位移s与速度v的关系曲线如图乙所示，此过程可视为匀变速直线运动．取重力加速度的大小g＝10m/s2.求：图1－2－24(1)减速过程汽车加速度的大小及所用时间；(2)饮酒使志愿者的反应时间比一般人增加了多少；(3)减速过程汽车对志愿者作用力的大小与志愿者重力大小的比值．解析(1)设减速过程汽车加速度的大小为a，所用时间为t，由s－v图象可得初速度v0＝20m/s，末速度v1＝0，位移s＝25m，由运动学公式得：veq\o\al(2,0)＝2as①t＝eq\f(v0,a)②联立①②式，代入数据得：a＝8