专题三 牛顿运动定律,高考物理 (山东专用),A组 山东省卷、课标卷题组,五年高考,考点一 对牛顿运动定律的理解,1.(2013山东理综,14,5分)(多选)伽利略开创了实验研究和逻辑推理相结合探索自然规律的科 学方法,利用这种方法伽利略发现的规律有 ( ) A.力不是维持物体运动的原因 B.物体之间普遍存在相互吸引力 C.忽略空气阻力,重物与轻物下落得同样快 D.物体间的相互作用力总是大小相等、方向相反,答案 AC 伽利略的斜面实验表明物体的运动不需要外力来维持,A正确;伽利略假想将轻重 不同的物体绑在一起时,重的物体会因轻的物体阻碍而下落变慢,轻的物体会因重的物体拖动 而下落变快,即二者一起下落快慢应介于单独下落时之间,而从绑在一起后更重的角度考虑二 者一起下落时应该更快,从而由逻辑上否定了重物比轻物下落快的结论,并用实验证明了轻重 物体下落快慢相同的规律,C正确;物体间普遍存在相互吸引力与物体间相互作用力的规律是 牛顿总结的,对应万有引力定律与牛顿第三定律,故B、D皆错误。,2.(2016课标,18,6分)(多选)一质点做匀速直线运动。现对其施加一恒力,且原来作用在质点 上的力不发生改变,则 ( ) A.质点速度的方向总是与该恒力的方向相同 B.质点速度的方向不可能总是与该恒力的方向垂直 C.质点加速度的方向总是与该恒力的方向相同 D.质点单位时间内速率的变化量总是不变,答案 BC 由题意知此恒力即为质点所受合外力,若原速度与该恒力在一条直线上,则质点 做匀变速直线运动,质点单位时间内速率的变化量总是不变的;原速度与该恒力不在一条直线 上,则质点做匀变速曲线运动,速度与恒力间夹角逐渐减小,质点单位时间内速度的变化量是不 变的,但速率的变化量是变化的,A、D项错误,B项正确;由牛顿第二定律知,质点加速度的方向 总与该恒力方向相同,C项正确。,易错点拨 理解速度变化量与速率变化量的区别。,解题思路 正确解题应明确以下几点:恒力即为质点所受合外力;v0与F恒的方向关系,二者 夹角不确定;质点所受合外力恒定,则做匀变速运动。,解题关键 明确力与运动的关系。质点由匀速直线运动变为匀变速运动。匀变速运 动可以是直线运动也可以是曲线运动。匀变速运动有三个一定,即合外力一定、加速度一 定、相同时间内速度变化量一定。,考点二 牛顿运动定律的综合应用,3.(2018课标,15,6分)如图,轻弹簧的下端固定在水平桌面上,上端放有物块P,系统处于静止状 态。现用一竖直向上的力F作用在P上,使其向上做匀加速直线运动。以x表示P离开静止位置 的位移,在弹簧恢复原长前,下列表示F和x之间关系的图像可能正确的是 ( ),答案 A 本题考查胡克定律、共点力的平衡及牛顿第二定律。设系统静止时弹簧压缩量为 x0,由胡克定律和平衡条件得mg=kx0。力F作用在P上后,物块受重力、弹力和F,向上做匀加速 直线运动,由牛顿第二定律得,F+k(x0-x)-mg=ma。联立以上两式得F=kx+ma,所以F-x图像中图 线是一条不过原点的倾斜直线,故A正确。,易错点拨 注意胡克定律中形变量的含义 胡克定律中的形变量指的是压缩量或伸长量。本题中x表示P离开静止位置的位移,此时的形 变量为x0-x而不是x。,4.(2015课标,20,6分,0.677)(多选)如图(a),一物块在t=0时刻滑上一固定斜面,其运动的v-t图线 如图(b)所示。若重力加速度及图中的v0、v1、t1均为已知量,则可求出 ( ) A.斜面的倾角 B.物块的质量 C.物块与斜面间的动摩擦因数 D.物块沿斜面向上滑行的最大高度,答案 ACD 设物块的质量为m、斜面的倾角为,物块与斜面间的动摩擦因数为,物块沿斜 面上滑和下滑时的加速度大小分别为a1和a2,根据牛顿第二定律有:mg sin +mg cos =ma1, mg sin -mg cos =ma2。再结合v-t图线斜率的物理意义有:a1= ,a2= 。由上述四式可见,无法求 出m,可以求出、,故B错,A、C均正确。0t1时间内的v-t图线与横轴包围的面积大小等于物 块沿斜面上滑的最大距离,已求出,故可以求出物块上滑的最大高度,故D正确。,解题关键 v-t图线斜率的绝对值等于加速度大小,v-t图线与横轴所围的面积大小等于位 移的大小。,温馨提示 0t1时间内加速度a1大于t12t1时间内的加速度a2,0t1为上滑阶段,t12t1为下滑阶 段。没有明确斜面是否光滑,则不能主观忽略摩擦力。在正确受力分析的前提下,列出上 滑和下滑两个阶段的动力学方程。,5.(2013山东理综,22,15分)如图所示,一质量m=0.4 kg 的小物块,以v0=2 m/s 的初速度,在与斜面 成某一夹角的拉力F作用下,沿斜面向上做匀加速运动,经t=2 s的时间物块由A点运动到B 点,A、B之间的距离L=10 m。已知斜面倾角=30,物块与斜面之间的动摩擦因数= 。重 力加速度g取10 m/s2。 (1)求物块加速度的大小及到达B点时速度的大小。 (2)拉力F与斜面夹角多大时,拉力F最小?拉力F的最小值是多少?,答案 (1)3 m/s2 8 m/s (2)30 N,解析 (1)设物块加速度的大小为a,到达B点时速度的大小为v,由运动学公式得 L=v0t+ at2 v=v0+at 联立式,代入数据得 a=3 m/s2 v=8 m/s (2)设物块所受支持力为FN,所受摩擦力为Ff,拉力与斜面间的夹角为,受力分析如图所示,由牛 顿第二定律得 F cos -mg sin -Ff=ma ,F sin +FN-mg cos =0 又Ff=FN 联立式得 F= 由数学知识得 cos + sin = sin (60+) 由式可知对应F最小时与斜面间的夹角 =30 联立式,代入数据得F的最小值为 Fmin= N,B组 课标、及其他省(区、市)卷题组,考点一 对牛顿运动定律的理解,1.(2019北京理综,20,6分)国际单位制(缩写SI)定义了米(m)、秒(s)等7个基本单位,其他单位均 可由物理关系导出。例如,由m和s可以导出速度单位ms-1。历史上,曾用“米原器”定义米,用 平均太阳日定义秒。但是,以实物或其运动来定义基本单位会受到环境和测量方式等因素的 影响,而采用物理常量来定义则可避免这种困扰。1967年用铯-133原子基态的两个超精细能 级间的跃迁辐射的频率=9 192 631 770 Hz定义s;1983年用真空中的光速c=299 792 458 ms-1 定义m。2018年第26届国际计量大会决定,7个基本单位全部用基本物理常量来定义(对应关 系如图,例如,s对应,m对应c)。新SI自2019年5月20日(国际计量日)正式实施,这将对科学和 技术发展产生深远影响。下列选项不正确的是 ( ),A.7个基本单位全部用物理常量定义,保证了基本单位的稳定性 B.用真空中的光速c(ms-1)定义m,因为长度l与速度v存在l=vt,而s已定义 C.用基本电荷e(C)定义安培(A),因为电荷量q与电流I存在I=q/t,而s已定义 D.因为普朗克常量h(Js)的单位中没有kg,所以无法用它来定义质量单位,答案 D 本题考查了国际单位制中的基本单位及导出单位,利用单位的定义方法及导出方 法考查了学生的理解能力、推理能力,体现了科学本质、科学态度等素养要求,渗透了关注社 会发展、科技进步等价值观念。 由于物理常量与环境和测量方式等因素无关,故用来定义基本单位时也不受环境、测量方式 等因素的影响,A正确。由题意可知,t、的单位已定义,真空中光速c、基本电荷e、普朗克常 量h均为基本物理常量,故可分别用l=vt、I=q/t、h=mc2来定义长度单位m、电流单位A及质量 单位kg,B、C正确,D错误。,2.(2017上海单科,5,3分)如图,在匀强电场中,悬线一端固定于地面,另一端拉住一个带电小球, 使之处于静止状态。忽略空气阻力,当悬线断裂后,小球将做 ( ) A.曲线运动 B.匀速直线运动 C.匀加速直线运动 D.变加速直线运动,答案 C 本题考查力与运动的关系。在悬线断裂前,小球受重力、电场力和悬线拉力作用 而处于平衡状态,故重力与电场力的合力与拉力等值反向。悬线断裂后,小球所受重力与电场 力的合力大小、方向均不变,故小球将沿原来悬线拉力的反方向做匀加速直线运动,C项正确。,解题关键 解答本题,关键是分析清楚悬线断裂后,重力和电场力合力的大小、方向均不发生 变化。,3.(2017上海单科,6,3分)一碗水置于火车车厢内的水平桌面上。当火车向右做匀减速运动时, 水面形状接近于图 ( ),答案 A 当火车向右做匀减速运动时,碗内的水由于惯性,保持原来较大的速度向右运动,则 只有图A所示的情形符合要求,故A正确。,一题多解 “微元体”的选取 由于液体内任一部分所受合力水平向左,故可在液体内部任意位置取一个立方体,则右侧面处 的压强必大于左侧面处的压强,由液体的压强公式p=gh可知,液体内同一水平线上各点从左 到右距液面高度依次增大,故A正确。,4.(2019天津理综,9,18分)第26届国际计量大会决定,质量单位“千克”用普朗克常量h定义, “国际千克原器”于2019年5月20日正式“退役”。h的数值为6.6310-34,根据能量子定义,h 的单位是 ,该单位用国际单位制中的力学基本单位表示,则为 。,答案 Js kgm2/s,解析 本题考查国际单位制中普朗克常量h的导出单位。 能量E=h,则h=E/,故h的单位为Js。由W=Fs=mas可知,1 J=1 kg(m/s2)m,故1 Js=1 kgm2/s。,知识链接 国际单位制中的力学基本单位为kg、m、s,由物理规律(公式),以基本单位为基础 推导出的单位为导出单位。,考点二 牛顿运动定律的综合应用,5.(2019课标,20,6分)(多选)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=4 s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10 m/s2。由题给数据可以得 出 ( ) 图(a),图(b) 图(c),A.木板的质量为1 kg B.2 s4 s内,力F的大小为0.4 N C.02 s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,答案 AB 本题考查牛顿运动定律的综合应用,体现了物理学科科学推理的核心素养。 分析知木板受到的摩擦力f=f。0 2 s,木板静止,F=f,F逐渐增大,所以C错误。45 s,木板加速 度大小a2= m/s2=0.2 m/s2,对木板受力分析,f=ma2=0.2 N,得m=1 kg,所以A正确。24 s,对 木板有F-f =ma1,F=f +ma1=0.2 N+1 N=0.4 N,所以B正确。由于无法确定物块的质量,则 尽管知道滑动摩擦力大小,仍无法确定物块与木板间的动摩擦因数,故D错误。,思路分析 以木板为研究对象,通过f-t与v-t图像对相应过程进行受力分析、运动分析,列方程 解出相应的问题。,6.(2015课标,20,6分,0.450)(多选)在一东西向的水平直铁轨上,停放着一列已用挂钩连接好 的车厢。当机车在东边拉着这列车厢以大小为a的加速度向东行驶时,连接某两相邻车厢的挂 钩P和Q间的拉力大小为F;当机车在西边拉着车厢以大小为 a的加速度向西行驶时,P和Q间 的拉力大小仍为F。不计车厢与铁轨间的摩擦,每节车厢质量相同,则这列车厢的节数可能为 ( ) A.8 B.10 C.15 D.