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2021高考物理真題專題3牛頓運(yùn)動(dòng)定律
1．（2021·廣東高考真題）唐代《耒耜經(jīng)》記載了曲轅犁相對直轅犁的優(yōu)勢之一是起土省力，設(shè)牛用大小相等的拉力F通過耕索分別拉兩種犁，F(xiàn)與豎直方向的夾角分別為 和 ， ，如圖所示，忽略耕索質(zhì)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(jìn)時(shí)，耕索對犁的拉力小于犁對耕索的拉力
D．直轅犁加速前進(jìn)時(shí)，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(cuò)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(cuò)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(jīng)大氣層 的減速，速度從 減為 ；打開降落傘后，經(jīng)過 速度進(jìn)一步減為 ；與降落傘分離，打開發(fā)動(dòng)機(jī)減速后處于懸停狀態(tài)；經(jīng)過對著陸點(diǎn)的探測后平穩(wěn)著陸。若打開降落傘至分離前的運(yùn)動(dòng)可視為豎直向下運(yùn)動(dòng)，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(tài)中，發(fā)動(dòng)機(jī)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(yùn)動(dòng)，則著陸器受大氣的阻力作用以及火星的引力作用，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B．打開降落傘至分離前做減速運(yùn)動(dòng)，則其加速度方向與運(yùn)動(dòng)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(xiàng)C錯(cuò)誤；D．懸停狀態(tài)中，發(fā)動(dòng)機(jī)噴火的反作用力是氣體對發(fā)動(dòng)機(jī)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(xiàng)D錯(cuò)誤。故選B。
3．（2021·湖南）“復(fù)興號”動(dòng)車組用多節(jié)車廂提供動(dòng)力，從而達(dá)到提速的目的?？傎|(zhì)量為 的動(dòng)車組在平直的軌道上行駛。該動(dòng)車組有四節(jié)動(dòng)力車廂，每節(jié)車廂發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率均為 ，若動(dòng)車組所受的阻力與其速率成正比（ ， 為常量），動(dòng)車組能達(dá)到的最大速度為 。下列說法正確的是（　?。?br /> A．動(dòng)車組在勻加速啟動(dòng)過程中，牽引力恒定不變
B．若四節(jié)動(dòng)力車廂輸出功率均為額定值，則動(dòng)車組從靜止開始做勻加速運(yùn)動(dòng)
C．若四節(jié)動(dòng)力車廂輸出的總功率為 ，則動(dòng)車組勻速行駛的速度為
D．若四節(jié)動(dòng)力車廂輸出功率均為額定值，動(dòng)車組從靜止啟動(dòng)，經(jīng)過時(shí)間 達(dá)到最大速度 ，則這一過程中該動(dòng)車組克服阻力做的功為
【答案】C
【解析】A．對動(dòng)車由牛頓第二定律有 若動(dòng)車組在勻加速啟動(dòng)，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(cuò)誤；B．若四節(jié)動(dòng)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(dòng)的過程，牽引力減小，阻力增大，則加速度逐漸減小，故B錯(cuò)誤；
C．若四節(jié)動(dòng)力車廂輸出的總功率為 ，則動(dòng)車組勻速行駛時(shí)加速度為零，有 而以額定功率勻速時(shí)，有 聯(lián)立解得 故C正確；
D．若四節(jié)動(dòng)力車廂輸出功率均為額定值，動(dòng)車組從靜止啟動(dòng)，經(jīng)過時(shí)間 達(dá)到最大速度 ，由動(dòng)能定理可知
可得動(dòng)車組克服阻力做的功為 故D錯(cuò)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(tái)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(diào)節(jié)，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(diǎn)Q處靜止釋放，物塊沿平板從Q點(diǎn)滑至P點(diǎn)所用的時(shí)間t與夾角θ的大小有關(guān)。若由30°逐漸增大至60°，物塊的下滑時(shí)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(shè)PQ的水平距離為L，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可知 可得
可知 時(shí)，t 有最小值，故當(dāng) 從由30°逐漸增大至60°時(shí)下滑時(shí)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(dòng)遙控小車放在水平長木板上面，當(dāng)它在長木板上水平向左加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，長木板保持靜止，此時(shí)（　?。?br />
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(yùn)動(dòng)，受到自身的重力和電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力，受到長木板對小車的支持力和阻力，A錯(cuò)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(jù)平行四邊形定則可知合力方向一定不在水平方向，B錯(cuò)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(cuò)誤，D正確。故選D。
6（新高考·湖南·第5題）質(zhì)量為 的凹槽靜止在水平地面上，內(nèi)壁為半圓柱面，截面如圖所示， 為半圓的最低點(diǎn)， 為半圓水平直徑的端點(diǎn)。凹槽恰好與豎直墻面接觸，內(nèi)有一質(zhì)量為 的小滑塊。用推力 推動(dòng)小滑塊由A點(diǎn)向 點(diǎn)緩慢移動(dòng)，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（　?。?br />
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(dòng)B點(diǎn)時(shí)， 越來越大，則推力F越來越大，支持力N越來越小，所以AB錯(cuò)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(shí)，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(shí)，水平地面對凹槽的支持力越來越小，所以D錯(cuò)誤；
故選C。
7（新高考·海南·第2題） 如圖，上網(wǎng)課時(shí)小明把手機(jī)放在斜面上，手機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)。則斜面對手機(jī)的（ ）

A. 支持力豎直向上
B. 支持力小于手機(jī)所受的重力
C. 摩擦力沿斜面向下
D. 摩擦力大于手機(jī)所受 重力沿斜面向下的分力
【答案】B
【解析】設(shè)手機(jī)的質(zhì)量為m，斜面傾角為θ。對手機(jī)進(jìn)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(jù)平衡條件則有
，
因 ，故 ，且摩擦力等于手機(jī)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(zhì)量為m的物體在水平恒力F拉動(dòng)下從靜止開始運(yùn)動(dòng)，物體通過的路程等于 時(shí)，速度的大小為 ，此時(shí)撤去F，物體繼續(xù)滑行 的路程后停止運(yùn)動(dòng)，重力加速度大小為g，則（　?。?br /> 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(dòng)摩擦因數(shù)等于
D．F的大小等于物體所受滑動(dòng)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(dòng)摩擦因數(shù) 滑動(dòng)摩擦力
可知F的大小等于物體所受滑動(dòng)摩擦力大小的3倍，故C正確，D錯(cuò)誤；
A．在此過程中，外力F做功為 故A錯(cuò)誤；
B．由平均速度公式可知，外力F作用時(shí)間 在此過程中，F(xiàn)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(zhì)量為 的長木板，木板的左端上有一質(zhì)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(xiàn)隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖（b）所示，其中 、 分別為 、 時(shí)刻F的大小。木板的加速度 隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖（c）所示。已知木板與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 ，物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 ，假設(shè)最大靜摩擦力均與相應(yīng)的滑動(dòng)摩擦力相等，重力加速度大小為g。則（　　）

A． B．
C． D．在 時(shí)間段物塊與木板加速度相等
【答案】BCD
【解析】A．圖（c）可知，t1時(shí)滑塊木板一起剛在從水平滑動(dòng)，此時(shí)滑塊與木板相對靜止，木板剛要滑動(dòng)，此時(shí)以整體為對象有 A錯(cuò)誤；
BC．圖（c）可知，t2滑塊與木板剛要發(fā)生相對滑動(dòng)，以整體為對象， 根據(jù)牛頓第二定律，
以木板為對象，根據(jù)牛頓第二定律， 解得
BC正確；D．圖（c）可知，0~t2這段時(shí)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(gè)物塊P和Q，質(zhì)量分別為 和 ，用與斜面平行的輕質(zhì)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(yùn)動(dòng)，則（ ）

A. 兩物塊一起運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)時(shí)，它們的間距變大
D. 若只增大 ，兩物塊一起向上勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，它們的間距變大
【答案】BC
【解析】A．對整體受力分析，根據(jù)牛頓第二定律有

解得 ，故A錯(cuò)誤；
B．對m2受力分析，根據(jù)牛頓第二定律有

解得 ，故B正確；
C．根據(jù) ，可知若只增大 ，兩物塊一起向上勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈力變大，根據(jù)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(jù) ，可知只增大 ，兩物塊一起向上勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈力不變，根據(jù)胡克定律，可知伸長量不變，故它們的間距不變，故D錯(cuò)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(jì)算工具，中心帶孔的相同算珠可在算盤的固定導(dǎo)桿上滑動(dòng)，使用前算珠需要?dú)w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(dǎo)桿間的動(dòng)摩擦因數(shù) ?，F(xiàn)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(shí)間極短且不計(jì)，重力加速度g取 。
（1）通過計(jì)算，判斷乙算珠能否滑動(dòng)到邊框a；
（2）求甲算珠從撥出到停下所需的時(shí)間。

【答案】（1）能；（2）0.2s
【解析】（1）由牛頓第二定律可得，甲乙滑動(dòng)時(shí)均有
則甲乙滑動(dòng)時(shí)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(shí)由動(dòng)量守恒定律 解得碰后乙的速度v3=0.2m/s
然后乙做減速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)速度減為零時(shí)則 可知乙恰好能滑到邊框a；
（2）甲與乙碰前運(yùn)動(dòng)的時(shí)間 碰后甲運(yùn)動(dòng)的時(shí)間
則甲運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間為
12．（2021·浙江高考真題）機(jī)動(dòng)車禮讓行人是一種文明行為。如圖所示，質(zhì)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(fā)現(xiàn)小朋友排著長 的隊(duì)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(shè)汽車在剎車過程中所受阻力不變，且忽略駕駛員反應(yīng)時(shí)間。
（1）求開始剎車到汽車停止所用的時(shí)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(shí)間；
（3）假設(shè)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(shí)的速度。

【答案】（1） ， ；（2）20s；（3）
【解析】（1）根據(jù)平均速度 解得剎車時(shí)間 剎車加速度
根據(jù)牛頓第二定律 解得
（2）小朋友過時(shí)間 等待時(shí)間
（3）根據(jù) 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(gè)質(zhì)量為 的背包在滑道頂端A處由靜止滑下，若 后質(zhì)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(dòng)摩擦因數(shù)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(shí)這一瞬間的速度。

【答案】（1） ；（2）
【解析】（1）設(shè)斜面長度為 ，背包質(zhì)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(zhì)量為 ，初速度為 ，加速度為 ，在斜面上滑行時(shí)間為 ，落后時(shí)間 ，則背包的滑行時(shí)間為 ，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得 聯(lián)立解得 或
故可得
（2）背包和滑雪者到達(dá)水平軌道時(shí)的速度為 、 ，有
滑雪者拎起背包的過程，系統(tǒng)在光滑水平面上外力為零，動(dòng)量守恒，設(shè)共同速度為 ，有
解得
14．（2021·浙江高考真題）如圖所示，質(zhì)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(jīng)t=2s滑行到最高點(diǎn)。然后，滑塊返回到出發(fā)點(diǎn)。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(dòng)摩擦因數(shù)；
(3)從最高點(diǎn)返回到出發(fā)點(diǎn)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(yùn)動(dòng)，有 得
(2)加速度 上滑過程 得
(3)下滑過程
由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式
重力的平均功率

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