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2021高考物理真題專題3牛頓運動定律
1．（2021·廣東高考真題）唐代《耒耜經》記載了曲轅犁相對直轅犁的優勢之一是起土省力，設牛用大小相等的拉力F通過耕索分別拉兩種犁，F與豎直方向的夾角分別為 和 ， ，如圖所示，忽略耕索質量，耕地過程中，下列說法正確的是（ ）

A．耕索對曲轅犁拉力的水平分力比對直轅犁的大
B．耕索對曲轅犁拉力的豎直分力比對直轅犁的大
C．曲轅犁勻速前進時，耕索對犁的拉力小于犁對耕索的拉力
D．直轅犁加速前進時，耕索對犁的拉力大于犁對耕索的拉力
【答案】B
【解析】A．將拉力F正交分解如下圖所示

則在x方向可得出Fx曲 = Fsinα Fx直 = Fsinβ
在y方向可得出Fy曲 = Fcosα Fy直 = Fcosβ
由題知α < β則sinα < sinβ cosα > cosβ
則可得到Fx曲 < Fx直 Fy曲 > Fy直 A錯誤、B正確；
CD．耕索對犁的拉力與犁對耕索的拉力是一對相互作用力，它們大小相等，方向相反，無論是加速還是勻速，則CD錯誤。故選B。
2．（2021·浙江高考真題）2021年5月15日，天問一號著陸器在成功著陸火星表面的過程中，經大氣層 的減速，速度從 減為 ；打開降落傘后，經過 速度進一步減為 ；與降落傘分離，打開發動機減速后處于懸停狀態；經過對著陸點的探測后平穩著陸。若打開降落傘至分離前的運動可視為豎直向下運動，則著陸器（　　）

A．打開降落傘前，只受到氣體阻力的作用
B．打開降落傘至分離前，受到的合力方向豎直向上
C．打開降落傘至分離前，只受到浮力和氣體阻力的作用
D．懸停狀態中，發動機噴火的反作用力與氣體阻力是平衡力
【答案】B【解析】A．打開降落傘前，在大氣層中做減速運動，則著陸器受大氣的阻力作用以及火星的引力作用，選項A錯誤；B．打開降落傘至分離前做減速運動，則其加速度方向與運動方向相反，加速度方向向上，則合力方向豎直向上，B正確；C．打開降落傘至分離前，受到浮力和氣體的阻力以及火星的吸引力作用，選項C錯誤；D．懸停狀態中，發動機噴火的反作用力是氣體對發動機的作用力，由于還受到火星的吸引力，則與氣體的阻力不是平衡力，選項D錯誤。故選B。
3．（2021·湖南）“復興號”動車組用多節車廂提供動力，從而達到提速的目的。總質量為 的動車組在平直的軌道上行駛。該動車組有四節動力車廂，每節車廂發動機的額定功率均為 ，若動車組所受的阻力與其速率成正比（ ， 為常量），動車組能達到的最大速度為 。下列說法正確的是（　　）
A．動車組在勻加速啟動過程中，牽引力恒定不變
B．若四節動力車廂輸出功率均為額定值，則動車組從靜止開始做勻加速運動
C．若四節動力車廂輸出的總功率為 ，則動車組勻速行駛的速度為
D．若四節動力車廂輸出功率均為額定值，動車組從靜止啟動，經過時間 達到最大速度 ，則這一過程中該動車組克服阻力做的功為
【答案】C
【解析】A．對動車由牛頓第二定律有 若動車組在勻加速啟動，即加速度 恒定，但 隨速度增大而增大，則牽引力也隨阻力增大而變大，故A錯誤；B．若四節動力車廂輸出功率均為額定值，則總功率為4P，由牛頓第二定律有 故可知加速啟動的過程，牽引力減小，阻力增大，則加速度逐漸減小，故B錯誤；
C．若四節動力車廂輸出的總功率為 ，則動車組勻速行駛時加速度為零，有 而以額定功率勻速時，有 聯立解得 故C正確；
D．若四節動力車廂輸出功率均為額定值，動車組從靜止啟動，經過時間 達到最大速度 ，由動能定理可知
可得動車組克服阻力做的功為 故D錯誤；故選C。
4．（2021·全國高考真題）如圖，將光滑長平板的下端置于鐵架臺水平底座上的擋板P處，上部架在橫桿上。橫桿的位置可在豎直桿上調節，使得平板與底座之間的夾角θ可變。將小物塊由平板與豎直桿交點Q處靜止釋放，物塊沿平板從Q點滑至P點所用的時間t與夾角θ的大小有關。若由30°逐漸增大至60°，物塊的下滑時間t將（　　）

A．逐漸增大 B．逐漸減小 C．先增大后減小 D．先減小后增大
【答案】D
【解析】設PQ的水平距離為L，由運動學公式可知 可得
可知 時，t 有最小值，故當 從由30°逐漸增大至60°時下滑時間t先減小后增大。故選D。
5．（2021·浙江高考真題）如圖所示，電動遙控小車放在水平長木板上面，當它在長木板上水平向左加速運動時，長木板保持靜止，此時（　　）

A．小車只受重力、支持力作用
B．木板對小車的作用力方向水平向左
C．木板對小車的作用力大于小車對木板的作用力
D．木板對小車的作用力與小車對木板的作用力大小一定相等
【答案】D【解析】A．小車加速向左運動，受到自身的重力和電機的驅動力，受到長木板對小車的支持力和阻力，A錯誤；B．木板對小車的作用力包括豎直向上的支持力和水平方向的阻力，根據平行四邊形定則可知合力方向一定不在水平方向，B錯誤；CD．木板對小車的作用力與小車對木板的作用力是一對相互作用力，等大反向，C錯誤，D正確。故選D。
6（新高考·湖南·第5題）質量為 的凹槽靜止在水平地面上，內壁為半圓柱面，截面如圖所示， 為半圓的最低點， 為半圓水平直徑的端點。凹槽恰好與豎直墻面接觸，內有一質量為 的小滑塊。用推力 推動小滑塊由A點向 點緩慢移動，力 的方向始終沿圓弧的切線方向，在此過程中所有摩擦均可忽略，下列說法正確的是（　　）

A. 推力 先增大后減小
B. 凹槽對滑塊的支持力先減小后增大
C. 墻面對凹槽的壓力先增大后減小
D. 水平地面對凹槽的支持力先減小后增大
【答案】C
【解析】AB ．對滑塊受力分析，由平衡條件有


滑塊從A緩慢移動B點時， 越來越大，則推力F越來越大，支持力N越來越小，所以AB錯誤；
C．對凹槽與滑塊整體分析，有墻面對凹槽的壓力為

則 越來越大時，墻面對凹槽的壓力先增大后減小，所以C正確；
D．水平地面對凹槽 支持力為

則 越來越大時，水平地面對凹槽的支持力越來越小，所以D錯誤；
故選C。
7（新高考·海南·第2題） 如圖，上網課時小明把手機放在斜面上，手機處于靜止狀態。則斜面對手機的（ ）

A. 支持力豎直向上
B. 支持力小于手機所受的重力
C. 摩擦力沿斜面向下
D. 摩擦力大于手機所受 重力沿斜面向下的分力
【答案】B
【解析】設手機的質量為m，斜面傾角為θ。對手機進行受力分析，如圖所示

由圖可知支持力方向垂直斜面向上，摩擦力方向沿斜面向上，根據平衡條件則有
，
因 ，故 ，且摩擦力等于手機所受的重力沿斜面向下的分力
故選B。

二、多選題
8．（2021·全國高考真題）水平桌面上，一質量為m的物體在水平恒力F拉動下從靜止開始運動，物體通過的路程等于 時，速度的大小為 ，此時撤去F，物體繼續滑行 的路程后停止運動，重力加速度大小為g，則（　　）
A．在此過程中F所做的功為
B．在此過中F的沖量大小等于
C．物體與桌面間的動摩擦因數等于
D．F的大小等于物體所受滑動摩擦力大小的2倍
【答案】BC【解析】CD．外力撤去前，由牛頓第二定律可知 ①由速度位移公式有 ②
外力撤去后，由牛頓第二定律可知 ③由速度位移公式有 ④
由①②③④可得，水平恒力 動摩擦因數 滑動摩擦力
可知F的大小等于物體所受滑動摩擦力大小的3倍，故C正確，D錯誤；
A．在此過程中，外力F做功為 故A錯誤；
B．由平均速度公式可知，外力F作用時間 在此過程中，F的沖量大小是 故B正確。
故選BC。
9．（2021·全國高考真題）水平地面上有一質量為 的長木板，木板的左端上有一質量為 的物塊，如圖（a）所示。用水平向右的拉力F作用在物塊上，F隨時間t的變化關系如圖（b）所示，其中 、 分別為 、 時刻F的大小。木板的加速度 隨時間t的變化關系如圖（c）所示。已知木板與地面間的動摩擦因數為 ，物塊與木板間的動摩擦因數為 ，假設最大靜摩擦力均與相應的滑動摩擦力相等，重力加速度大小為g。則（　　）

A． B．
C． D．在 時間段物塊與木板加速度相等
【答案】BCD
【解析】A．圖（c）可知，t1時滑塊木板一起剛在從水平滑動，此時滑塊與木板相對靜止，木板剛要滑動，此時以整體為對象有 A錯誤；
BC．圖（c）可知，t2滑塊與木板剛要發生相對滑動，以整體為對象， 根據牛頓第二定律，
以木板為對象，根據牛頓第二定律， 解得
BC正確；D．圖（c）可知，0~t2這段時間滑塊與木板相對靜止，所以有相同的加速度，D正確。故選BCD。
10、（新高考全國卷Ⅱ·海南·第12題） 如圖，在傾角為 的光滑斜面上，有兩個物塊P和Q，質量分別為 和 ，用與斜面平行的輕質彈簧相連接，在沿斜面向上的恒力F作用下，兩物塊一起向上做勻加速直線運動，則（ ）

A. 兩物塊一起運動的加速度大小為
B. 彈簧的彈力大小為
C. 若只增大 ，兩物塊一起向上勻加速運動時，它們的間距變大
D. 若只增大 ，兩物塊一起向上勻加速運動時，它們的間距變大
【答案】BC
【解析】A．對整體受力分析，根據牛頓第二定律有

解得 ，故A錯誤；
B．對m2受力分析，根據牛頓第二定律有

解得 ，故B正確；
C．根據 ，可知若只增大 ，兩物塊一起向上勻加速運動時，彈力變大，根據胡克定律，可知伸長量變大，故它們的間距變大，故C正確；
D．根據 ，可知只增大 ，兩物塊一起向上勻加速運動時，彈力不變，根據胡克定律，可知伸長量不變，故它們的間距不變，故D錯誤。故選BC。
三、解答題
11．（2021·廣東高考真題）算盤是我國古老的計算工具，中心帶孔的相同算珠可在算盤的固定導桿上滑動，使用前算珠需要歸零，如圖所示，水平放置的算盤中有甲、乙兩顆算珠未在歸零位置，甲靠邊框b，甲、乙相隔 ，乙與邊框a相隔 ，算珠與導桿間的動摩擦因數 。現用手指將甲以 的初速度撥出，甲、乙碰撞后甲的速度大小為 ，方向不變，碰撞時間極短且不計，重力加速度g取 。
（1）通過計算，判斷乙算珠能否滑動到邊框a；
（2）求甲算珠從撥出到停下所需的時間。

【答案】（1）能；（2）0.2s
【解析】（1）由牛頓第二定律可得，甲乙滑動時均有
則甲乙滑動時的加速度大小均為 甲與乙碰前的速度v1，則 解得v1=0.3m/s
甲乙碰撞時由動量守恒定律 解得碰后乙的速度v3=0.2m/s
然后乙做減速運動，當速度減為零時則 可知乙恰好能滑到邊框a；
（2）甲與乙碰前運動的時間 碰后甲運動的時間
則甲運動的總時間為
12．（2021·浙江高考真題）機動車禮讓行人是一種文明行為。如圖所示，質量 的汽車以 的速度在水平路面上勻速行駛，在距離斑馬線 處，駕駛員發現小朋友排著長 的隊伍從斑馬線一端開始通過，立即剎車，最終恰好停在斑馬線前。假設汽車在剎車過程中所受阻力不變，且忽略駕駛員反應時間。
（1）求開始剎車到汽車停止所用的時間和所受阻力的大小；
（2）若路面寬 ，小朋友行走的速度 ，求汽車在斑馬線前等待小朋友全部通過所需的時間；
（3）假設駕駛員以 超速行駛，在距離斑馬線 處立即剎車，求汽車到斑馬線時的速度。

【答案】（1） ， ；（2）20s；（3）
【解析】（1）根據平均速度 解得剎車時間 剎車加速度
根據牛頓第二定律 解得
（2）小朋友過時間 等待時間
（3）根據 解得
13．（2021·河北高考真題）如圖，一滑雪道由 和 兩段滑道組成，其中 段傾角為 ， 段水平， 段和 段由一小段光滑圓弧連接，一個質量為 的背包在滑道頂端A處由靜止滑下，若 后質量為 的滑雪者從頂端以 的初速度、 的加速度勻加速追趕，恰好在坡底光滑圓弧的水平處追上背包并立即將其拎起，背包與滑道的動摩擦因數為 ，重力加速度取 ， ， ，忽略空氣阻力及拎包過程中滑雪者與背包的重心變化，求：
（1）滑道 段的長度；
（2）滑雪者拎起背包時這一瞬間的速度。

【答案】（1） ；（2）
【解析】（1）設斜面長度為 ，背包質量為 ，在斜面上滑行的加速度為 ，由牛頓第二定律有
解得
滑雪者質量為 ，初速度為 ，加速度為 ，在斜面上滑行時間為 ，落后時間 ，則背包的滑行時間為 ，由運動學公式得 聯立解得 或
故可得
（2）背包和滑雪者到達水平軌道時的速度為 、 ，有
滑雪者拎起背包的過程，系統在光滑水平面上外力為零，動量守恒，設共同速度為 ，有
解得
14．（2021·浙江高考真題）如圖所示，質量m=2kg的滑塊以v0=16m/s的初速度沿傾角θ=37°的斜面上滑，經t=2s滑行到最高點。然后，滑塊返回到出發點。已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，求滑塊
(1)最大位移值x；
(2)與斜面間的動摩擦因數；
(3)從最高點返回到出發點的過程中重力的平均功率P。

【答案】(1)16m；(2)0.25；(3)67.9W
【解析】(1)小車向上做勻減速直線運動，有 得
(2)加速度 上滑過程 得
(3)下滑過程
由運動學公式
重力的平均功率

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