2020届高三全国名校联考12月月考物理牛顿定律综合计算试题及答案

2020 届高三全国名校联考 12 月月考物理牛顿定律综合计算试题及答案 1、（2020·江西省宜春市奉新县一中高三上学期第四次月考）如图所示，将质量 m＝0．5kg 的圆环套在固 定的水平直杆上，环的直径略大于杆的截面直径，环与杆的动摩擦因数为 μ＝0．5 对环施加一位于竖直平 面内斜向上与杆夹角θ＝53°的恒定拉力F=10N，使圆环从静止开始做匀加速直线运动．（取g＝10m/s2，sin 53° ＝0．6，cos 53°＝0．8）求： （1）圆环加速度 a 的大小； （2）若 F 作用时间 t=1s 后撤去，圆环从静止开始到停共能运动多远． 【答案】见解析． 【解析】 （1）环受力分析如图 竖直方向： N=3N 环受摩擦力： f=1．5N水平方向： 环的加速度大小： a1=9m/s2 （2）环 1 秒末速度：v1=a1t =9m/s 环 1 秒末位移： 撤 F 后环的加速度大小： 2、（2020·湖南省长沙市一中高三上学期第四次月考）如图甲所示，质量为 1.0kg 的物体置于固定斜面上， 斜面的倾角 θ=30°，对物体施以平行于斜面向上的拉力 F，物体沿斜面向上做匀加速直线运动，1s 后速度达 到 v=12m/s，此时将拉力撤去，物体运动的 v﹣t 图象如图乙（设沿斜面向上为正，g=10m/s2），试求： (1)物块与斜面的动摩擦因数为 μ。 (2)拉力 F 的大小； 【答案】(1) ；(2) 18N 【解析】 (1)1﹣3s 内物体做匀减速运动的过程，加速度大小 a2 6m/s2. 3 15 2 2 12 2 v t = = = 根据牛顿第二定律得 mgsinθ+μmgcosθ=ma2 解得 μ (2)0﹣1s 内物体做匀加速运动的过程，加速度大小 a1 12m/s2. 根据牛顿第二定律得 F﹣mgsinθ﹣μmgcosθ=ma1 解得 F=18N 3、（2020·湖南省师大附中高三上学期第二次月考）如图所示，传送带与地面的夹角 θ＝37°，A、B 两端 间距 L＝16 m，传送带以速度 v＝10 m/s，沿顺时针方向运动，物体 m＝1 kg，无初速度地放置于 A 端，它与 传送带间的动摩擦因数 μ＝0.5，(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)试求： (1)物体由 A 端运动到 B 端的时间； (2)若仅将传送带运动方向改为逆时针方向运动,则物体由 A 端运动到 B 端过程中,物体相对传送带移动的距 离为多大? 【答案】(1) 2 s　(2) 56m 【解析】 3 15 = 12 1 v t = = =【分析】 物体开始时受到沿斜面向下的滑动摩擦力，由牛顿第二定律求出加速度，由运动学公式求出速度增加到与 传送带相同所经历的时间，速度相同时，由于 ，物体继续向下做匀加速运动，所受的滑动摩擦 力沿斜面向上，再由牛顿第二定律求出加速度，再位移公式求出时间，即可求得总时间；将传送带运动方 向改为逆时针方向运动，物体一直匀加速从 A 运动到 B 端，根据牛顿第二定律和运动学公式求出物体相对 传送带移动的距离； 解：(1) 物体开始时受到沿斜面向下的滑动摩擦力，根据牛顿第二定律得： 可得： 则物体加速到速度与传送带相同所经历的时间为： 此过程通过的位移为 由于 ，则速度相同后物体继续向下做匀加速运动，所受的滑动摩擦力将沿斜面向上，则有： 解得 加速度为 由 解得： 故物体从 A 运动到 B 需要的时间为： (2) 将传送带运动方向改为逆时针方向运动，物体一直匀加速从 A 运动到 B 端，根据牛顿第二定律得： 37tanµ < ° 1mgcos mgsin maµ θ θ+ = 2 1 10 /a m s= 1 1 1vt sa = = 2 1 1 1 1 52s a t m= = 37tanµ < ° 2mgsin mgcos maθ µ θ− = 2 2 2 /a m s= 2 1 0 2 2 2 1 2L x v t a t− = + 2 1t s= 1 2 2t t t s= + = 3mgsin mgcos maθ µ θ− =可得 得： 物体相对传送带移动的距离为： 4、（2020·江苏省苏州市五校高三上学期 12 月联考）一质量 m＝2.0kg 的小物块从斜面底端，以一定的初 速度冲上倾角为 37°的足够长固定斜面，某同学利用传感器测出了小物块冲上斜面过程中多个时刻的瞬时速 度，并用计算机画出了小物块上滑过程的速度-时间图线，如图所示。（取 sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g＝ 10m/s2）求： （1）小物块冲上斜面过程中加速度的大小； （2）小物块与斜面间的动摩擦因数； （3）小物块在斜面上运动的时间。 【答案】(1) 8.0m/s2 (2) 0.25 (3) 【解析】 （1）由小物块上滑过程的速度-时间图线，可知： 小物块冲上斜面过程中加速度的大小为 8.0m/s2 2 3 2 /a m s= 2 3 3 1 2L a t= 3 4t s= 3 56x L vt m∆ = + = ( )2 1 s+ 28m/sva t ∆= = −∆（2）小物块沿斜面向上运动过程中受重力、支持力、摩擦力，有： 代入数据解得：μ=0.25 （3）因 所以小物块不能静止在斜面上，一定能返回到出发点． 从图中可以看出向上运动的时间为 t1=1s，位移为：x=4m 下滑过程中的加速度 解得 a’=4m/s2 由 ， 得： 5、（2020·江苏省苏州市五校高三上学期 12 月联考）江苏省公安厅交警总队组织沿江8 市交警部门组建了 无人机执法小分队,今年国庆期间,利用无人机灵活机动的特点,进行低空巡查和悬停抓拍交通违法行为.如图 所示,为一架小型四旋翼无人机,它是一种能够垂直起降的小型遥控飞行器,无人机连同装备的质量为 m=2kg, 其动力系统所能提供的最大作用力为 F0=36N,运动过程中所受空气阻力大小恒为 f=4N.取 g=10m/s2. (1) 无人机悬停在距地面某一高度处进行抓拍时,动力系统提供的作用力 F1 多大? (2) 无人机在地面上从静止开始,以最大作用力竖直向上起飞,到达离地高度为 h=12m 的位置所需要的时间 t 为多少? sin37 cos37mg mg maµ− °− ° = sin 37 cos 37mg mgµ° °＞ sin37 cos37 'mg mg maµ°− ° = 2 2 1 '2x a t= 2 2 'v a x= 2 4 2st = ( )2+1 st =总(3) 无人机现由悬停抓拍改做低空巡查,从静止开始以 a=3m/s2 的加速度沿水平线做匀加速直线运动,求在此 过程中其动力系统所提供的作用力 F2。 【答案】（1）20N （2）2s （3） ,与水平夹 arctan2 度角斜向上 【解析】 （l）无人机悬停时处于二力平衡状态，有： 代入得： F1=20N （2）无人机竖直向上做匀加速直线运动，由牛顿第二定律得： 代入得： a=6m/s2； 由运动学公式得： 代入得： t=2s （3）无人机沿水平方向做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律得： 10 5N 1F mg= F mg f ma= − =合 21 2h at= xF f ma− =在竖直方向处于二力平衡为： 且 代人得动力系统所提供的作用力为： N 又有 tana= =2 则 F2 的方向与水平夹 arctan2 度角斜向上 6、（2020·江西省南昌市安义中学高三上学期 12 月月考）如图所示的升降机中，用 OA、OB 两根绳子吊一 个质量为 20kg 的重物，若 OA 与竖直方向的夹角 θ＝37°，OA 垂直于 OB，取 g=10m/s2，试求： （1）若升降机保持静止，求 OA、OB 绳上的拉力大小 （2）若两绳所能承受的最大拉力均为 320N，为使绳子不断，升降机竖直向上的加速度最大为多少？ 【答案】（1） （2）a=10m/s2 【解析】 (1)以箱子为研究对象，根据平衡条件得 yF mg= 2 2 2 Y XF F F= + 2 10 5F = y x F F 160N 120NA BT T= =， cos sinA BT T mgθ θ+ =联立解得 (2)当 OA 绳上的拉为 320N 时，OB 绳上的拉力大小 两绳的合力为 由牛顿第二定律有 解得 7、（2020·内蒙古通辽市科左后旗甘旗卡二中高三上学期 12 月月考）质量为6kg 的物体静止在水平地面上， 在水平力 F 的作用下由静止开始，运动了 4m，速度达到 4m/s，此时撤去力 F，又通过 6m 的路程，物体停 了下来．求阻力 f 的大小和力 F 的大小。 【答案】 【解析】 【分析】 本题考查牛顿定律的应用。 当撤去力 F 后，物体在水平方向只受到阻力 f 的作用，此时的加速度为 a1，由运动学公式： sin cosA BT Tθ θ= 160N 120NA BT T= =， tan37 240NB AT T °= = 400Ncos37 ATF °= = F mg ma− = 210m/sa = 8Nf = 20NF =解得： 由牛顿第二定律： 解得： 物体做匀加速运动时，加速度为 a2，由运动学公式： 解得： 由牛顿第二定律： 解得： 2 1 12 vx a = 2 1 4 m/s3a = 1f ma= 8Nf = 2 2 22 vx a = 2 2 s2m/a = 2F f ma− = 20NF =