专题04 牛顿定律-2020年全国百所名校最新高考物理模拟试题全解汇编（解析版）

2020 年全国百所名校最新高考模拟试题全解汇编 牛顿定律 1、（2020·高三下学期线上检测）如图所示，质量为 M 的框架放在水平地面上，一轻弹簧上 端固在框架上，下端固定一个质量 m 的小球，小球上下振动时框架始终没有跳起，当框架对地面压力为零 的瞬间，小球的加速度大小为 A. g B. C. D. 【答案】D 【解析】 当框架对地面压力为零瞬间，弹簧对框架向上的作用力等于框架重力，则小球受到向下的合力等于 mg+Mg， 由牛顿第二定律可得 mg+Mg=ma 解得小球的加速度大小为 A．g，与结论不相符，选项 A 错误； B． ，与结论不相符，选项 B 错误； ( )M m g m − Mg m ( )M m g m + M ma gm += ( )M m g m −C． ，与结论不相符，选项 C 错误； D． ，与结论相符，选项 D 正确； 2、 （2020·陕西省咸阳市高三下学期 3 月第二次模拟）2014 年 2 月 15 日凌晨，在索契俄冬奥会自由滑雪 女子空中技巧比赛中，中国选手徐梦桃以 83.50 分夺得银牌．比赛场地可简化为如图所示的助滑区，弧形过 渡区，着陆区．减速区等组成．若将运动员看做质点，且忽略空气阻力，下列说法正确的是（ ） A. 运动员在助滑区加速下滑时处于超重状态 B. 运动员在弧形过渡区运动过程中处于失重状态 C. 运动员在跳离弧形过渡区至着陆区之前的过程中处于完全失重状态 D. 运动员在减速区减速过程中处于失重状态 【答案】C 【解析】 失重状态：当物体对接触面的压力小于物体的真实重力时，就说物体处于失重状态，此时有向下的加速度； 超重状态：当物体对接触面的压力大于物体的真实重力时，就说物体处于超重状态，此时有向上的加速 度． 解：A、运动员在助滑区加速下滑时，加速度有向下的分量，处于失重状态，故 A 错误； B、运动员在弧形过渡区做圆周运动，加速度有向上的分量，处于超重状态，故 B 错误； C、运动员在跳离弧形过渡区至着陆区之前的过程中，离开轨道，只受重力，处于完全失重状态，故 C 正确； D、运动员在减速区减速过程中，加速度有向上的分量，处于超重状态，故 D 错误； 故选 C Mg m ( )M m g m +3、（2020·山东省济南钢铁高中高三下学期 3 月初模拟）如图甲所示，一质量为M 的长木板静置于光滑水平 面上，其上放置一质量为 m 的小滑块，木板受到随时间 t 变化的水平拉力 F 作用时，用传感器测出其加速 度 a，得到如图乙所示的 a­F 图，最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力，取 g＝10 m/s2，则下列选项错误的是 A. 滑块的质量 m＝4 kg B. 木板 质量 M＝2 kg C. 当 F＝8 N 时滑块加速度为 2 m/s2 D. 滑块与木板间动摩擦因数为 0.1 【答案】C 【解析】 AB．由题图乙知，F＝6 N 时，滑块与木板刚好不相对滑动，加速度为 a＝1 m/s2。对整体分析，由牛顿第 二定律有 F＝（M＋m）a，代入数据计算得出: M＋m＝6 kg， 当 F≥6 N 时，对木板，根据牛顿第二定律得: ， 知图线的斜率 k＝ ，则: M＝2 kg， 滑块的质量: m＝4 kg； 故 AB 不符合题意； 的 1F mg mga FM M M µ µ−= = − 1 2CD．根据 F＝6 N 时，a＝1 m/s2，代入表达式计算得出: μ＝0.1， 当 F＝8 N 时，对滑块，根据牛顿第二定律得 μmg＝ma′，计算得出： a′＝μg＝1 m/s2， 故 C 符合题意，D 不符合题意。 故选 C。 4、（2020·安徽省芜湖市高三仿真模拟一）质量为m 的光滑小球恰好放在质量也为 m 的圆弧槽内，它与槽左 右两端的接触处分别为 A 点和 B 点，圆弧槽的半径为 R，OA 与水平线 AB 成 60°角．槽放在光滑的水平桌 面上，通过细线和滑轮与重物 C 相连，细线始终处于水平状态．通过实验知道，当槽的加速度很大时，小 球将从槽中滚出，滑轮与绳质量都不计，要使小球不从槽中滚出 ，则重物 C 的最大质量为（ ） A. B. 2m C. D. 【答案】D 【解析】 小球恰好能滚出圆弧槽时，圆弧槽对小球的支持力的作用点在 A 点，小球受到重力和 A 点的支持力，合力 2 3 3 m ( 3 1)m− ( 3 1)m+为 ，对小球运用牛顿第二定律可得 ，解得小球的加速度 ，对整体分析可 得： ，联立解得 ，故 D 正确，A、B、C 错误； 故选 D． 5、（2020·广东省高三下学期 3 月线上测试）.如图，一个质量为 m 的刚性圆环套在竖直 固定细杆上，圆环的直径略大于细杆的直径，圆环的两边与两个相同的轻质弹簧的一端相连，轻质弹簧的 另一端相连在和圆环同一高度的墙壁上的 P、Q 两点处，弹簧的劲度系数为 k，起初圆环处于 O 点，弹簧处 于原长状态且原长为 L；将圆环拉至 A 点由静止释放，OA=OB=L，重力加速度为 g，对于圆环从 A 点运动 到 B 点的过程中，弹簧处于弹性范围内，下列说法正确的是 A. 圆环通过 O 点的加速度小于 g B. 圆环在 O 点的速度最大 C. 圆环在 A 点的加速度大小为 g+ D. 圆环在 B 点的速度为 2 【答案】D 【解析】 A．圆环通过 O 点时，水平方向合力为零，竖直方向只受重力，故加速度等于 g，故 A 错误； B．圆环受力平衡时速度最大，应 O 点下方，故 B 错误； C．圆环在下滑过程中与粗糙细杆之间无压力，不受摩擦力，在 A 点对圆环进行受力分析如图，根据几何关 系，在 A 点弹簧伸长 在 tan 60 mg ° tan 60 mg ma=° tan 60 ga = ° ( )C Cm g m m m a= + + ( 3 1)Cm m= + 2kL m gL根据牛顿第二定律，有 解得 故 C 错误； D．圆环从 A 到 B 过程，根据功能关系，减少的重力势能转化为动能 解得 故 D 正确。 故选 D。 6、（2020·河南省开封市高三下学期 3 月模拟）如图所示，在光滑的水平面上，质量 m＝2kg 的物块与水平 轻弹簧相连，物块在与水平方向成 θ＝ 角的拉力 F 作用下处于静止状态，此时水平面对物块的支持力恰 ( 2 1)L− 2 ( 2 )cos45mg k L L ma°+ − = (2 2)kLa g m −= + 212 2mg L mv⋅ = 2v gL= 45°好为零．若重力加速度 g 取 10m/s2，则以下说法正确的是（ ） A. 此时轻弹簧的弹力大小为 N B. 当撤去拉力 F 的瞬间，物块的加速度大小为 ，方向水平向右 C. 当撤去拉力 F 的瞬间，物块的加速度大小为 ，方向水平向左 D. 若剪断弹簧，则剪断的瞬间物块的加速度为 m/s2，方向斜向右上，与水平方向成 角 【答案】C 【解析】 A．物块受重力、绳子的拉力以及弹簧的弹力处于平衡，根据共点力平衡得，弹簧的弹力为 故 A 错误； BC．撤去力 F 的瞬间，弹簧的弹力仍然为 20N，小球此时受重力、支持力、弹簧弹力作用，合力大小为 20N，由牛顿第二定律可知 方向与弹簧弹力方向相同即水平向左，故 B 错误，C 正确； D．剪断弹簧的瞬间，弹簧的弹力为零，物块受拉力，重力，支持力作用，水平方向根据牛顿第二定律得 10 2 28m/s 210m/s 10 2 45° tan45 20 1N 20NF mg °= = × =弹 =20 2NF 2 220 m/s 10m/s2a = = 2 220 2 m/s 10 2m/s2 Fa m = = =方向水平向右，故 D 错误。 故选 C。 7、（2020·江苏省扬州市高三下学期 3 月第二次检测）某同学做引体向上，他两手握紧单杠，双臂竖直，身 体悬垂；接着用力上拉使下颌超过单杠（身体无摆动），稍作停顿．下列说法正确的是 A. 在上升过程中单杠对人的作用力始终大于人的重力 B. 在上升过程中单杠对人的作用力始终等于人的重力 C. 初始悬垂时若增大两手间的距离，单臂的拉力变大 D. 初始悬垂时若增大两手间的距离，两臂拉力的合力变大 【答案】C 【解析】 在上升过程中，人先加速后减速，先超重后失重，则单杠对人的作用力先大于重力后小于重力，选项 AB 错 误；初始悬垂时若增大两手间的距离，则两单臂的拉力夹角变大，因合力一定，总等于人的重力，则单臂 的拉力会变大，选项 C 正确，D 错误． 8、（2020·江苏省扬州市高三下学期 3 月第一次检测）1966 年科研人员曾在地球的上空完成了以牛顿第二定 律为基础的实验。实验时，用双子星号宇宙飞船去接触正在轨道上运行的火箭组（可视为质点），接触后， 开动飞船尾部的推进器，使飞船和火箭组共同加速，如图所示。推进器的平均推力为 F，开动时间 Δt，测 出飞船和火箭的速度变化是 Δv，下列说法正确的有（　　）A. 推力 F 通过飞船传递给火箭，所以飞船对火箭的弹力大小应为 F B. 宇宙飞船和火箭组的总质量应为 C. 推力 F 越大， 就越大，且 与 F 成正比 D. 推力 F 减小，飞船与火箭组将分离 【答案】BC 【解析】 A．对飞船和火箭组组成的整体，由牛顿第二定律，有 设飞船对火箭的弹力大小为 N，对火箭组，由牛顿第二定律，有 解得 故 A 错误； B．由运动学公式，有 ，且 解得 F t v ∆ ∆ v t ∆ ∆ v t ∆ ∆ 1 2( )F m m a= + 2N m a= 2 1 2 m FN Fm m = 2m/s2 ， 则 F>9N ， 则 F 的 大 小 不 可 能 为 9N ， 选 项 C 错 误 ； 根 据 ，式中 t=1s ，联立解得：F=2L+9，即 F 的大小与板长 L 有关，选项 D 正确；故选 BD. 10、（2020·山东高三模拟试题）在升降机底部安装一个加速度传感器，其上放置了一个质量为 m 小物块， 如图甲所示。升降机从 t=0 时刻开始竖直向上运动，加速度传感器显示加速度 a 随时间 t 变化如图乙所示。 取竖直向上为正方向，重力加速度为 g，以下判断正确 是（ ） A. 在 0～2t0 时间内，物块先处于失重状态，后处于超重状态 B. 在 t0～3t0 时间内，物块先处于失重状态，后处于超重状态 C. t=t0 时刻，物块所受的支持力大小为 mg D. t=3t0 时刻，物块所受的支持力大小为 2mg 【答案】C 【解析】 的 2 2 1 2 / 2 /1 va m s m st ∆= = =∆ 1 2 1( )B A B Am g m m g m aµ µ− + = 2 2 2 2 / 1 /2 va m s m st ∆= = =∆ 2 2A Am g m aµ = 1 B B BF m g m aµ− = 2 2 1 1 1 2 2BL a t a t= −A．由乙图可知，在 0～2t0 时间内，物块先处于超重状态，后处于失重状态，A 错误； B．由乙图可知，在 t0～3t0 时间内，物块先处于超重状态，后处于失重状态，B 猎； C．由乙图可知，t=t0 时刻，物块所受的支持力大小为 mg，C 正确； D．由乙图可知，t=3t0 时刻，物块所受的支持力大小为 mg，D 错误。 故选 C。 11、（2020·山东高三模拟试题）如图所示，压缩的轻弹簧将金属块卡在矩形箱内，在箱的上顶板和下底板均 安有压力传感器，箱可以沿竖直轨道运动。当箱静止时，上顶板的传感器显示的压力 F1=2N，下底板传感 器显示的压力 F2=6N，重力加速度 g=10m/s2。下列判断正确的是（　　） A. 若加速度方向向上，随着加速度缓慢增大，F1 逐渐减小，F2 逐渐增大 B. 若加速度方向向下，随着加速度缓慢增大，F1 逐渐增大，F2 逐渐减小 C. 若加速度方向向上，且大小为 5m/s2 时，F1 的示数为零 D. 若加速度方向向下，且大小为 5m/s2 时，F2 的示数为零 【答案】C 【解析】 A．若加速度方向向上，在金属块未离开上顶板时弹簧的压缩量不变，则 F2 不变，根据牛顿第二定律得 得 2 1F mg F ma− − =知随着加速度缓慢增大，F1 逐渐减小，A 错误； B．若加速度方向向下，在金属块未离开上顶板时弹簧的压缩量不变，则 F2 不变，根据牛顿第二定律得 得 知随着加速度缓慢增大，F1 逐渐增大，故 B 错误； C．当箱静止时，有 得 m=0.4kg 若加速度方向向上，当 F1=0 时，由 A 项分析有 解得 a=5m/s2 故 C 正确； D．若加速度方向向下，大小是 5m/s2 小于重力加速度，不是完全失重，弹簧不可能恢复原长，则 F2 的示数 不可能为零，D 错误。 故选 C。 12、（2020·山东高三模拟试题）如图甲所示，小车 B 紧靠平台的边缘静止在光滑水平面上，物体 A（可视 1 2F F mg ma= − − 1 2mg F F ma+ − = 1 2F F mg ma= − + 2 1F mg F= + 1 2 0F F mg ma= − − =为质点）以初速度 v0 从光滑的平台水平滑到与平台等高的小车上，物体和小车的 v-t 图像如图乙所示，取重 力加速度 g=10m/s2，求： (1)物体 A 与小车上表面间的动摩擦因数 (2)物体 A 与小车 B 的质量之比 (3)小车的最小长度 【答案】(1)0.3；(2) ；(3)2m 【解析】 (1)根据 图像可知，A 在小车上做减速运动，加速度的大小 若物体 A 的质量为 与小车上表面间的动摩擦因数为 ，则 联立可得 。 (2)设小车 B 的质量为 M，加速度大小为 ，根据牛顿第二定律 得 1 3 v t− 2 1 24 1m / s 3m / s1 va t = =∆ −∆= m µ 1mg maµ = 0.3µ = 2a 2mg Maµ =。 (3)设小车的最小长度为 L，整个过程系统损失的动能，全部转化为内能 解得 L=2m。 1 3 m M = 2 2 0 1 1 ( )2 2mgL mv M m vµ = − +