高考物理真题和模拟题分类汇编专题04牛顿运动定律的应用含解析

专题04牛顿运动定律的应用

选择题

1.（2021•浙江卷）2021年5月15日，天问一号着陆器在成功着陆火星表面的过程中，经

大气层290s的减速，速度从4.9xl（）3m/s减为4.6X102MS；打开降落伞后，经过90s速

度进一步减为与降落伞分离，打开发动机减速后处于悬停状态；经过对着陆

点的探测后平稳着陆。若打开降落伞至分离前的运动可视为竖直向下运动，则着陆器（）

A.打开降落伞前，只受到气体阻力的作用

B.打开降落伞至分离前，受到的合力方向竖直向上

C.打开降落伞至分离前，只受到浮力和气体阻力的作用

D.悬停状态中，发动机喷火的反作用力与气体阻力是平衡力

答案B

解析：

打开降落伞至分离前做减速运动，则其加速度方向与运动方向相反，加速度方向向上，则合

力方向竖直向上，B正确；故选B。

2.（2021・全国乙卷）水平地面上有一质昂:为町的长木板，木板的左明上有一质量为帆的

物块，如图Q）所示。用水平向右的拉力厂作用在物块上，尸随时间E的变化关系如图（6）所

示，其中6、鸟分别为4、G时刻尸的大小。木板的加速度％随时间£的变化关系如图（。）

所示。已知木板与地面间的动摩擦因数为必，物块与木板间的动摩擦因数为〃2,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.F；=B.招二一一!----（〃2—4皿

m.+

C.4>mAiD.0~J时间段物块与木板加速度相等

答案BCD

解析：

图(c)可知，七滑块与木板刚要发生相对滑动，以整体为对象，根据牛顿第二定律，有

以木板为对象，根据牛顿第二定程，有必2网g一四(g+吗必=犯。＞0

解得

故BC正确；

图(c)可知，0~七这段时间滑块与木板相对静止，所以有相同的加速度，故D正确。

故选BCDo

3.(2021•全国乙卷)水平桌面上，一质量为小的物体在水平恒力户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％,此时撤去尸，物体继续滑行2%的路程后停止

运动，重力加速度大小为g,则0

A.在此过程中尸所做的功为;，〃唁

B.在此过中尸的冲量大小等于］加%

C.物体与桌面间的动摩擦因数等于4

4%g

D.尸的大小等于物体所受滑动摩擦力大小的2倍

答案BC

解析：

外力撤去前，由牛顿第二定律可知尸-=根4①

由速度位移公式有喏=2〃舟②

外力撤去后，由牛顿第二定律可知一〃机g=m〃2③

由速度位移公式有-唔=24(2%)④

c2

由①@③④可得，水平恒力/=乎&

4%

动摩擦因数〃二』一

4g%

滑动摩擦力F="mg=—

{4so

可知尸的大小等于物体所受滑动摩擦力大小的3倍，

故C正确，D错误；

_5（）_2s0

由平均速度公式可知，外力尸作用时间%

2

3

在此过程中，尸的冲量大小是/=应|=56%

故B正确。

故选BCo

4.（2021•全国甲卷）由相同材料的导线绕成边长相同的甲、乙两个正方形闭合线圈，两线

圈的质量相等,但所用导线的横截面积不同,甲线圈的而数是乙的2倍.现两线圈在竖直平

面内从同一高度同时由静止开始下落，一段时间后进入一方向垂直于纸面的匀强磁场区域,

磁场的上边界水平，如图所示。不计空气阻力，已知下落过程中线圈始终平行于纸面，上、

下边保持水平。在线圈下边进入磁场后且上边进入磁场前，可能出现的是（）

甲□□乙

XXXXX

XXXXX

XXXXX

A.甲和乙都加速运动B.甲和乙都减速运动

C.甲加速运动，乙减速运动D.甲减速运动，乙加速运动

答案AB

解析：

设线圈到磁场的高度为力，线圈的边长为/,则线圈下边刚进入磁场时，有尸J丽

感应电动势为E=/归防

两线圈材料相等（设密度为。0），质量相同（设为加），则加=0oX4RxS

设材料的电阻率为夕，则线圈电阻任=0%=16〃-/一20o

Sm

.EmBv

感应电流为I=q=——

R16nlppo

安培力为尸二〃8〃=炉上

16mo

由牛顿第二定律有mg-F=ma

FB2V

联立解得a=g---=g------

m16%

加速度和线圈的匝数、横截面积无关，则甲和乙进入磁场时，具有相同的加速度。当

g>时，甲和乙都加速运动，当g<:畀L时，甲和乙都减速运动，当g=；^-

1616%16的

时都匀速。

故选ABo

5.（2021•湖南卷）如图（a）,质量分别为弧、例的A、B两物体用轻弹簧连接构成一个系统.

外力尸作用在A上，系统静止在光滑水平面上（B靠墙面），此时弹簧形变量为X。撤去外力

并开始计时，A、B两物体运动的。一，图像如图（6）所示，S表示0到4时间内A的〃一，图

线与坐标轴所围面积大小，S-S3分别表示八到时间内A、B的。一，图线与坐标轴所围

A.0到乙时间内，墙对B的冲量等于病vB呱〉氏

C.B运动后，弹簧最大形变量等于xD.5,-52=S3

答案ABD

解析：

由于在0~。时间内，物体B静止，则对B受力分析有

Fm二F扑

则墙对B的冲量大小等于弹簧对B的冲量大小，而弹簧既作用于B也作用于A,则可将研究

对象转为A,撤去尸后A只受弹力作用，则根据动量定理有

I=nhVo（方向向右）

则墙对B的冲量与弹簧对A的冲量大小相等、方向相同，A正确：

由a-t图可知△后弹簧被拉伸，在右时刻弹簧的拉伸量达到最大，根据牛顿第二定律有

尸弹三曲徐

由图可知&》国

则g＜仆

B正确；

由a-，图可知£1后B脱离墙壁，且弹簧被拉伸，在&一七时间内AB组成的系统动量守恒,

且在右时刻弹簧的拉伸量达到最大，A、B共速，由图像的面积为A%在七时刻AB的

速度分别为办=*-§2,VB=Si

A、B共速,则S2=53

D正确。故选ABD。

6.（2021春・浙江卷）如图所示，同学们坐在相同的轮胎上，从倾角相同的平直雪道先后由

同高度静止滑下，各轮胎与雪道间的动摩擦因数均相同，不计空气阻力。雪道上的同学们0

A.沿雪道做匀速直线运动B.下滑过程中机械能均守恒

C.前后间的距离随时间不断增大D.所受重力沿雪道向下的分力相同

【答案】C

【解析】

A.同学坐在轮胎上从静止开始沿雪道下滑，做加速运动，受力分析如图

x、+fmgsin。一〃mgcos6.八八

根据牛顿第二定律可知加速度a=------------------=gsincos。

m

又因为M相同，所以同学们做匀加速直线运动，A错误：

B.下滑过程中摩擦力做负功，雪道上的同学们机械能减小，B错误；

C.根据匀加速直线运动位移与时间的关系x=/，可知同学们前后距离随着时间不断增

大，也可以从速度的角度分析，同学们做匀加速直线运动，随着时间的增加，速度越来越大,

相等时时间内通过的位移越来越大，所以同学们前后距离随着时间不断增大，C正确；

D.各同学质量可能不同，所以重力沿雪道向下的分力〃zgsin"也可能不相同，D错误。

故选C。

7.（2021•北京海淀一模）如图9甲所示，质量为0.4kg的物块在水平力向作用下可沿竖直

墙面滑动，物块与竖直墙面间的动摩擦因数为0.5,力厂随时间变化的关系如图9乙所示。

若占0时物块的速度为0,设物块所受最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取lOm/s?。下列图

像中，能正确反映物块所受摩擦力f大小与时间£变化关系的是

【答案】C

【解析】由图可知，刚开始压力比较小，摩擦力小，物块的重力大于摩擦力，物块向下加速

运动，待压力增大，则摩擦力也增大，当到FXU=颂时，即月8Mf=4A,时，摩擦力与重力

相平衡，此时物块的速度最大，当压力再增大，摩擦力大于物重时，物块的合力向上，物块

做减速向下的运动；那么物块何时静止呢？对物块根据动量定理，设从开始经过时间E物块

的速度变为0,则重力的冲量与摩擦力的冲量之和等于物块动量的变化量，即悠＞4=0-0,

再由图发现,选项C中的摩擦力的冲量4,即图像与时间轴围成的面积刚好等于重力的冲量

磔打4/VX4s,故仁4s,物块在4s时速度为0,以后物块就停止在墙面上了，摩擦力属于静

摩擦力了，则根据平衡的知识，静摩擦力等于物块的重力4M所以选项C正确。

8.（2021•北京海淀一模）如图5所示，小明在体验蹦极运动时，把一端固定的长弹性绳绑

在踝关节处，从高处由静止落下。将小明的蹦极过程近似为在竖直方向的运动，在运动过程

中，把小明视作质点，不计空气阻力。下列判断中正确的是

A.下落到弹性绳刚好被拉直时，小明的下落速度最大

B.从开始到下落速度最大，小明动能的增加量小于其重力势能的减少量

C.从开始到下落至最低点的过程，小明的机械能守恒

D.从开始到下落至最低点，小明重力势能的减少量大于弹性绳弹性势能的增加量

【答案】B

【解析】小明下落时速度最大的位置是当他受到的弹力与重力相等的时候，故不是弹性绳刚

好被拉直的时候，因为此时弹性绳还没有形变，弹力为0,而不是在刚好拉直的偏下的位置,

故选项A错误；

从开始下落到速度最大时，利用动能定理可知，重力做的功与弹性绳弹力做的功之和等于动

能的增加量，即赐/广川行△品故动能的增加量小于其重力势能的减少量，选项B正确：

从开始到下落至最低点的过程中，弹性绳与小明整体的机械能守恒，而小明的机械能则不守

恒，选项C错误；

从开始到下落至最低点的过程中，再次根据动能定理，开始与最后的小明的动能都是0,所

以合外力做的功也是0,即重力做的功与弹性绳弹力做的功大小之和为0,即小明重力势能

的减少量等于弹性绳弹性势能的增加量，选项D错误。

9.（2021•河北唐山一模）如图所示，在平直公路上行驶的箱式货车内，用轻绳AO、B0在0

点悬挂质量为5kg的重物，轻绳AO、BO与车顶部夹角分别为30°、60°。在汽车加速行驶

过程中，为保持重物悬挂在。点位置不动，重力加速度为g,箱式货车的最大加速度0

A.&B.3£D.&

232

【答案】B

【解析】

对小球受力分析可得

联立解得gmg~~~~~~~=ma

整理得理相且一2，巴=nta

当6=0时，a取得最大值

故选B。

10.（2021•河北唐山一•模）如图所示，ABCD为倾角为30°的正方形斜面，其中AB与底边

DC平行、BC与AD平行。斜面上一质量为1kg的物块，在斜面内施加平行于AB向左的拉力

F,物块恰好沿斜面对角线BD匀速下滑。下列叙述正确的（吏lOm/s）。

A.物块受到摩擦力的方向平行于AD沿斜面向上B.水平向左的外力大小等于56N

C.滑动摩擦力的大小等于5ND.物块与斜面间的动摩擦因数为迈

3

【答案】1）

【解析】

A.物块受到摩擦力的方向沿着DB斜向上，A错误；

B.水平向左的外力大小等于尸=mgsin30Tan45°=5N,B错误;

C.滑动摩擦力的大小等于f=J（/ngsin3O°）2+产2=血尸=5H，C错误;

认A血g产上='=%=且

D.物块与斜面间的动摩擦因数为"FAMPcos30°Ji3

'10x——

2

D正确。

故选D。

11.(2021•上海普陀一模)如图甲所示，一足够长的传送带倾斜放置，倾角为0,以恒定速

率v=4m/s顺时针转动,一煤块以初速度v0=12m/s从A端冲上传送带，煤块的速度随时间变

化的图像如图乙所示，取g=10m/s2,则下列说法正确的是()

A.倾斜传送带与水平方向夹角的正切值tan^=0.75：

B.煤块与传送带间的动摩擦因数n=0.5

C.煤块从冲上传送带到返回A端所用的时间为4s

1

D.煤块在传送带上留下的痕迹长为qn

【答案】AD

【解析】

~V+AV

AB.由v-t图像得0~ls内煤块的加速度大小匕0〃

&V

1

方向沿传送带向下；广2s内煤块的加速度大小歹

1

方向沿传送带向下。0~ls,对煤块由牛顿第二定律得守

V+AV

0对煤块由牛顿第二定律得

V+&V

Mgsin0-Umgcos9=哂

解得tan0=0.75,"0.25

故A正确，B错误；

C.v-t图像图线与时间轴所围面积表示位移大小，所以煤块上滑总位移大小为x=10m,由运

V+AV

动学公式得下滑时间为，0u

AV

所以煤块从冲上传送带到返回A端所用的时间为・二〃.故C错误；

AV

D.0~ls内煤块比传送带多走4nb划痕长4m，广2s内传送带比煤块多走2m,划痕还是4m。

2~（2+J§）S内传送带向上运动，煤块向下运动，划痕总长为

2

2+-2a2t-l-vt=（12+4*7^）m,

故D正确。

故选ADo

12.（2021•河北石家庄一模）如图所示。用水平力厂拉着三个相同的物块A、B、C在光滑水

平面上一起运动。A、B间和B、C间两段绳的拉力看和A的大小分别为（）

A.4=gFB.7；=|FC.及=:尸D.TB=%

【答案】BD

【解析】

F

对ABC的整体：a=——

3m

2

对BC的整体：T.=2ma=-F

3

对C：TB=ma=—F

故选BDo

13.（2021•河北石家庄一模）如图所示。质量为3kg的物体A静止在竖直的轻弹簧上，质量

为2kg的物体B用细线悬挂，A、B间相互接触但无压力，重力加速度交lOm/s?。某时刻将

细线剪断，则细线剪断瞬间0

A.物体A的加速度为零B.弹簧弹•力大小为30N

C.物体B的加速度大小为6m/s2D.物体B对物体A的压力大小为12N

【答案】BD

【解析】

ABC.细线剪断瞬间，弹簧的弹力〃仍然不变，有尸=ag=30N

对AB整体，它们具有共同的加速度，由牛顿第二定律可知(6人+〃%：吆一尸=。4+机B)〃

代入数据解得〃=4m/s2

故AC错误，B正确；

D.设物体B对物体A的压力大小为M对物体A,由牛顿第二定律可知％+犯超-尸=町^

解得N=IFmAg=3x4Ni30N3xION=12N

故D正确。

故选BDo

计算题

14.(2021春・浙江卷)如图所示，质量炉2kg的滑块以％=16m/s的初速度沿倾角。=37°

的斜面上滑，经t=2s滑行到最高点。然后，滑块返回到出发点。已知sin37。=0.6,

cos37°=0.8,求滑块

(1)最大位移值相

(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几

【答案】⑴16m：(2)0.25；(3)67.9W

【解析】

(1)小车向上做匀减速直线运动，有1二为/

2

得x=16m

(2)加速度q=半=8m/s2

J皿一由机gsine+〃〃?gc°se•

上滑过程a.=--------2---------=gsin6+Rgcos0

m

得〃=0.25

⑶下滑过程出「gin”〃〃火c。，，二gsin"〃g8s"4m/s2

m

由运动学公式K=yfla^x=8>/2in/s=11.3m/s

重力的平均功率P=/^vcos(90°-0)=48后W=67.9W

15.(2021•河北卷)如图，一滑雪道由A3和8C两段滑道组成，其中A3段倾角为。，BC

段水平，48段和BC段由一小段光滑圆弧连接，一个质量为2kg的背包在滑道顶端力处由

静止滑下，若1s后质量为48kg的滑雪者从顶端以1.5m/s的初速度、3m/s2的加速度匀加

速追赶，恰好在坡底光滑圆弧的水平处追上背包并立即将其拎起，背包与滑道的动摩擦因数

]724

为〃二五，重力加速度取g=10m/s2,sin,(:(“。=不，忽略空气阻力及拎包

过程中滑雪者与背包的童心变化，求：

(D滑道43段的长度；

(2)滑雪者拎起背包时这一瞬间的速度。

答案：(1)£=9m

BC~

⑵v=7.44m/s

解析：

(D设斜面长度为L，背包质量为叫=2kg,在斜面上滑行的加速度为《，由牛顿第二定律

有叫gsin夕一〃班gcos，=/々q

解得4=2m/s2

滑雪者质量为〃马二48kg,初速度为%=1.5m/s,加速度为々=3向§2,在斜面上滑行时

间为Z,落后时间4=上，则背包的滑行时间为f+f0,由运动学公式得

联立解得f=2s或f=-Is(舍去)

故可得L=9m

(2)背包和滑雪者到达水平轨道时的速度为匕、v2,有

滑雪者拎起背包的过程，系统在光滑水平面上外力为零，动量守恒，设共同速度为也有

解得v=7.44m/s

16.(2021•浙江卷)机动车礼让行人是一种文明行为。如图所示，质量机=1.0xl()3kg的

汽车以K=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/二6m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)假设驾驶员以彩=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。

3

⑴4=4s,Ff=2.5xlQN；(2)20s；(3)v=5x/5m/s

解析：

⑴根据平均速度。=三

v

解得刹车时间4=4s

V.

刹车加速度。二丁

根据牛顿第二定律Ff=ma

解得号=2.5x103

1+L

(2)小朋友过时间弓=----

%

等待时间t=t2-t]=20s

⑶根据看一声=2引

解得u=5>/^m/s

17.(2021•河北石家庄一模)如图所示，质量加2kg的小车静止在光滑水平面上。上表面离

地高度/F0.45m。右侧很远处有一个和小车等高、上表面光滑的障碍物A(厚度可忽略)，BC

是以恒定速率％=12m/s顺时针转动的传送带，8点位于水平面上。有一可视为质点、质量

1kg的物块，以匕=6m/s的速度从左端冲上小车，同时对小车施加一水平向右的恒力，当

物块滑到小车最右端时，二者恰好共速，这时撤掉恒力，然后小车撞到障碍物A后立即停止

运动，物块沿水平方向飞出，在6点刚好无碰撞地切入传送带，并沿着传送带下滑。己知物

块与小车间的动摩擦因数必二2，与传送带间的动摩擦因数人=：，传送带长度折23m,与

水平面的夹角。=37°,重力加速度.lOm/s?,sin37°=0.6,cos37c=0.8。求：

(D物块运动到8点时的速度大小；

(2)由于摩擦物块与传送带间产生热量a

(3)对小车施加的恒力厂的大小。

【答案】(l)5m/s；⑵6J；⑶5N

【解析】

(D小车撞到障碍物A后物块做平抛运动，有〃=gg产

物块到达8点时竖直分速度大小为v,=gt

速度与水平方向的夹角为37°,则物块到达8点的速度尸％/sin37°

解得p=5m/s

(2)物块滑上传送带后先做匀加速运动，设加速度为国，据牛顿第二定律得

侬(sin37+〃2cos370)=卬句

v-v

物块速度从厂增大到传送带速度的时间为"=」n一

%

位移寸亨乙

以上式子解得汨=8.5m

共速后，由于慝sin37°峻os37°,所以物块继续匀加速运动，加速度大小为

a2=g(sin370—^2cos370)

1,

根据运动学公式得相加二％去不。/

2

解得O=ls(另一负值舍去)

物块在传送带上由于摩擦产生的内能为0=〃2峻