2024高考物理一轮复习专题练习及解析—牛顿第二定律的综合应用

2024高考物理一轮复习专题练习及解析—牛顿第二定律的综合应用
1.(多选)(2023·河北唐山市高三检测)光滑水平面上放有相互接触但不粘连的两个物体A、B，物体A质量m1＝1kg，物体B质量m2＝2kg.如图所示，作用在两物体A、B上的力随时间变化的规律分别为F A＝3＋2t(N)、F B＝8－3t(N)．下列说法正确的是()
A．t＝0时，物体A的加速度大小为3m/s2
B．t＝1s时，物体B的加速度大小为2.5m/s2
C．t＝1s时，两物体A、B恰好分离
s时，两物体A、B恰好分离
D．t＝2
7
2.(2021·全国甲卷·14)如图，将光滑长平板的下端置于铁架台水平底座上的挡板P 处，上部架在横杆上．横杆的位置可在竖直杆上调节，使得平板与底座之间的夹角θ可变．将小物块由平板与竖直杆交点Q处静止释放，物块沿平板从Q点滑至P点所用的时间t与夹角θ的大小有关．若由30°逐渐增大至60°，物块的下滑时间t将()
A．逐渐增大B．逐渐减小
C．先增大后减小D．先减小后增大
3.如图所示，质量为M、中间为半球形的光滑凹槽放置于光滑水平地面上，光滑凹槽内有一质量为m的小铁球，现用一水平向右的推力F推动凹槽，小铁球与光滑凹槽相对静止时，凹槽圆心和小铁球圆心的连线与竖直方向的夹角为α，重力加速度为g，则下列说法正确的是()
A．小铁球受到的合外力方向水平向左
B．凹槽对小铁球的支持力大小为mg
sinα
C．凹槽与小铁球组成的系统的加速度大小a＝g tanα
D．推力大小F＝Mg tanα
4.(多选)(2023·四川成都市石室中学模拟)我国高铁技术处于世界领先水平，和谐号动车组是由动车和拖车编组而成，提供动力的车厢叫动车，不提供动力的车厢叫拖车．假设某列动车组各车厢质量均相等，在做匀加速直线运动时每节动车提供的动力均为F，动车组在水平直轨道上运行过程中每节车厢受到的阻力均为F f.该动车组由8节车厢组成，其中第1、3、6节车厢为动车，其余为拖车，则该动车组()
A．启动时乘客受到车厢作用力的方向与车运动的方向相反
B．做匀加速直线运动时，第5、6节车厢间的作用力为1.125F
C．做匀加速直线运动时，第5、6节车厢间的作用力为0.125F
D．做匀加速直线运动时，第6、7节车厢间的作用力为0.75F
5.(多选)如图，P、Q两物体叠放在水平面上，已知两物体质量均为m＝2kg，P 与Q间的动摩擦因数为μ1＝0.3，Q与水平面间的动摩擦因数为μ2＝0.1，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度取g＝10m/s2，当水平向右的外力F＝12N作用在Q物体上时．下列说法正确的是()
A．Q对P的摩擦力方向水平向右
B．水平面对Q的摩擦力大小为2N
C．P与Q之间的摩擦力大小为4N
D．P与Q发生相对滑动
6.(多选)(2023·河南许昌市高三月考)如图所示，置于粗糙水平面上的物块A和B 用轻质弹簧连接，在水平恒力F的作用下，A、B以相同的加速度向右运动．A、B的质量关系为m A>m B，它们与地面间的动摩擦因数相等．为使弹簧稳定时的伸长量增大，下列操作可行的是()
A．仅增大B的质量
B．仅将A、B的位置对调
C．仅增大水平面的粗糙程度
D．仅增大水平恒力F
7.(多选)如图所示，细线的一端固定在倾角为30°的光滑楔形滑块A的顶端P处，细线的另一端拴一质量为m的小球，静止时细线与斜面平行，(已知重力加速度
为g )．则()
A ．当滑块向左做匀速运动时，细线的拉力大小为0.5mg
B ．若滑块以加速度a ＝g 向左加速运动时，线的拉力大小为mg
C ．当滑块以加速度a ＝g 向左加速运动时，小球对滑块的压力不为零
D ．当滑块以加速度a ＝2g 向左加速运动时，线的拉力大小为2mg
8.(多选)物块B 放在光滑的水平桌面上，其上放置物块A ，物块A 、C 通过细绳相连，细绳跨过定滑轮，如图所示，物块A 、B 、C 质量均为m ，现释放物块C ，A 和B 一起以相同加速度加速运动，不计细绳与滑轮之间的摩擦力，重力加速度大小为g ，A 、B 未与滑轮相撞，C 未落地，则细绳中的拉力大小及A 、B 间的摩擦力大小分别为()
A ．F T ＝mg
B ．F T ＝23mg
C ．F f ＝23mg
D ．F f ＝13
mg 9．(多选)如图甲所示，用一水平力F 拉着一个静止在倾角为θ的光滑固定斜面上的物体，逐渐增大F ，物体做变加速运动，其加速度a 随外力F 变化的图像如图乙所示，重力加速度取g ＝10m/s 2，根据图乙中所提供的信息可以计算出()
A．物体的质量
B．斜面倾角的正弦值
C．加速度为6m/s2时物体的速度
D．物体能静止在斜面上所施加的最小外力
10．(多选)如图甲所示，足够长的木板B静置于光滑水平面上，其上放置小滑块A，滑块A受到随时间t变化的水平拉力F作用时，用传感器测出滑块A的加速度a，得到如图乙所示的a－F图像，A、B之间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g取10m/s2，则()
A．滑块A的质量为4kg
B．木板B的质量为2kg
C．当F＝10N时滑块A加速度为6m/s2
D．滑块A与木板B间的动摩擦因数为0.2
11．(多选)(2019·全国卷Ⅲ·20)如图(a)，物块和木板叠放在实验台上，物块用一不可伸长的细绳与固定在实验台上的力传感器相连，细绳水平．t＝0时，木板开始受到水平外力F的作用，在t＝4s时撤去外力．细绳对物块的拉力f随时间t变化的关系如图(b)所示，木板的速度v与时间t的关系如图(c)所示．木板与实验台
之间的摩擦可以忽略．重力加速度取10m/s2.由题给数据可以得出()
A．木板的质量为1kg
B．2～4s内，力F的大小为0.4N
C．0～2s内，力F的大小保持不变
D．物块与木板之间的动摩擦因数为0.2
12.一个质量m＝0.5kg的小物块(可看为质点)，以v0＝2m/s的初速度在平行斜面向上的拉力F＝6N作用下沿斜面向上做匀加速运动，经t＝2s的时间物块由A 点运动到B点，A、B之间的距离L＝8m，已知斜面倾角θ＝37°，重力加速度g 取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.求：
(1)物块加速度a的大小；
(2)物块与斜面之间的动摩擦因数μ；
(3)若拉力F的大小和方向可调节，如图所示，为保持原加速度不变，F的最小值是多少.
1．BD 2.D 3.C 4.CD 5.AC
6．ABD7.AC
8．BD[以C为研究对象，由牛顿第二定律得mg－F T＝ma；以A、B为研究对
象，由牛顿第二定律得F T＝2ma，联立解得F T＝2
3
mg，a＝1
3
g；以B为研究对象，
由牛顿第二定律得F f＝ma，得F f＝1
3
mg，故选B、D.]
9．ABD[对物体，由牛顿第二定律有F cosθ－mg sinθ＝ma，可得a＝cosθ
m
F－
g sinθ，故a－F图像的斜率为k＝cosθ
m＝0.4kg－
1，纵轴截距为b＝－g sinθ＝－6 m/s2，解得物体质量为m＝2kg，sinθ＝0.6，故A、B正确；由于外力F为变力，物体做非匀变速运动，故利用高中物理知识无法求出加速度为6m/s2时物体的速度，故C错误；物体能静止在斜面上所施加的最小外力为F min＝mg sinθ＝12N，故D正确．]
10．BC[设滑块A的质量为m，木板B的质量为M，滑块A与木板B间的动摩擦因数为μ.由题图乙可知，当F＝F m＝6N时，滑块A与木板B达到最大共同加速度为a m＝2m/s2，根据牛顿第二定律有F m＝(M＋m)a m，解得M＋m＝3kg；当F＞6N时，A与B将发生相对滑动，对A单独应用牛顿第二定律有F－μmg＝ma，
整理得a＝F
m－μg；根据题图乙解得m＝1kg，μ＝0.4，则M＝2kg，A、D错误，
B正确．当F＝10N时，滑块A的加速度为a A＝F－μmg
m＝6m/s
2，C正确．] 11．AB[由题图(c)可知木板在0～2s内处于静止状态，再结合题图(b)中细绳对物块的拉力f在0～2s内逐渐增大，可知物块受到木板的摩擦力逐渐增大，故可以判断木板受到的水平外力F也逐渐增大，选项C错误；由题图(c)可知木板在2～
4s内做匀加速运动，其加速度大小为a1＝0.4－0
4－2
m/s2＝0.2m/s2，对木板进行受力分析，由牛顿第二定律可得F－F f＝ma1，在4～5s内做匀减速运动，其加速度
大小为a2＝0.4－0.2
5－4
m/s2＝0.2m/s2，由牛顿第二定律得F f＝ma2，另外由于物块
静止不动，同时结合题图(b)可知物块与木板之间的滑动摩擦力F f＝0.2N，解得m ＝1kg、F＝0.4N，选项A、B正确；由于不知道物块的质量，所以不能求出物块与木板之间的动摩擦因数，选项D错误．]
12．(1)2m/s2(2)0.5(3)125
5
N
解析(1)根据L＝v0t＋1
2
at2，代入数据解得a＝2m/s2.
(2)根据牛顿第二定律有F－mg sinθ－μmg cosθ＝ma，
代入数据解得μ＝0.5.
(3)设F与斜面夹角为α，平行斜面方向有F cosα－mg sinθ－μF N＝ma 垂直斜面方向有
F N＋F sinα＝mg cosθ
联立解得F＝
ma＋mg(sinθ＋μcosθ)
cosα＋μsinα
＝ma＋mg(sinθ＋μcosθ)μ2＋1sin(φ＋α)
当sin(φ＋α)＝1时，F有最小值F min，代入数据解得F min＝125
5
N.。