冲刺2025年高考物理大题突破(新高考通用)大题01牛顿运动定律与直线运动(原卷版+解析)

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牛顿运动定律与直线运动是高考物理的基石性内容，在全国卷及新高考卷中每年占比约18%~25%，贯穿选择题、实验题与压轴计算题。2025年高考对“牛顿运动定律与直线运动”的考查将延续“重基础、强综合、拓创新”的命题思路，注重物理观念与关键能力的深度融合。备考需以核心素养为纲，强化真实情境的模型转化能力，同时关注科技前沿与实验创新，做到“以不变应万变，如多关注冰雪运动：冰球碰撞后的匀变速运动分析（冬奥会背景）、自动驾驶汽车紧急制动的加速度计算与安全距离建、月球表面低重力环境下的自由落体实验分析、电磁弹射装置的匀加速启动过程（舰载机起飞模型）等等。
题型1 匀变速直线运动规律及应用
例1.交通运输部办公厅发布了《关于大力推动高速公路ETC发展应用工作的通知》，明确提出：高速公路基本实现不停车快捷收费。汽车分别通过ETC通道和人工收费通道的流程如图所示。假设汽车以v1＝12 m/s的速度朝收费站沿直线行驶，如果走ETC通道，需要在距收费站中心线前d＝10 m处正好匀减速至v2＝4 m/s，匀速通过中心线后，再匀加速至v1正常行驶；如果走人工收费通道，需要恰好在中心线处匀减速至零，经过t0＝20 s缴费成功后，再启动汽车匀加速至v1正常行驶。设汽车加速和减速过程中的加速度大小均为1 m/s2。求：
(1)汽车走ETC通道时，从开始减速到恢复正常行驶过程中的位移大小；
(2)汽车走人工收费通道，应在离收费站中心线多远处开始减速；
(3)汽车走ETC通道比走人工收费通道节约的时间。
1．(2024广东广州高三模拟)城市高层建筑越来越多，高空坠物事件时有发生。如图所示，某高楼距地面高H＝47 m的阳台上的花盆因受扰动而掉落，掉落过程可看作自由落体运动(花盆可视为质点)。现有一辆长L1＝8 m、高h＝2 m的货车，正以v0＝9 m/s的速度驶向阳台正下方的通道。花盆刚开始掉落时，货车车头距花盆的水平距离为L2＝24 m，由于道路限制，货车只能直行通过阳台的正下方的通道。
(1)若司机没有发现花盆掉落，货车保持v0＝9 m/s的速度匀速直行，通过计算说明货车是否会被花盆砸到。
(2)若司机发现花盆开始掉落，采取制动的方式来避险，货车最大加速度为4.5 m/s2，使货车在花盆砸落点前停下，求货车司机允许反应的最长时间。
(3)若司机发现花盆开始掉落，司机反应时间Δt＝1 s，则司机采取什么方式可以避险(货车加速减速可视为匀变速)。
题型二 牛顿运动定律的应用
例2. (2024湖北武汉模拟)如图所示，用轻质细绳绕过两个光滑轻质滑轮将木箱与重物连接，木箱质量M＝8 kg，重物质量m＝2 kg，木箱与地面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取g＝10 m/s2.
(1) 要使装置能静止，木箱与地面间的动摩擦因数需满足什么条件？
(2) 若木箱与地面间的动摩擦因数μ＝0.4，用F＝80 N的水平拉力将木箱由静止向左拉动位移x＝0.5 m时，求重物的速度v.
2.(2023广州天河区综合测试二)在训练运动员奔跑中下肢向后的蹬踏力量时，有一种方法是让运动员腰部系绳拖汽车轮胎奔跑，如图所示．一次训练中，运动员腰部系着不可伸长的绳拖着质量m＝11 kg 的轮胎从静止开始沿着笔直的跑道加速奔跑，经过t1＝3 s后速度达到v1＝6 m/s开始匀速跑，在匀速跑中的某时刻拖绳从轮胎上脱落，运动员立即减速，当运动员速度减为零时发现轮胎静止在其身后s0＝2 m处．已知轮胎与跑道间的动摩擦因数为μ＝0.5，运动员奔跑中拖绳两结点A、B间的距离L＝2 m，两结点间高度差视为定值H＝1.2 m．将运动员加速跑和减速过程视为匀变速运动，取g＝10 m/s2．求：
(1)加速阶段绳子对轮胎的拉力大小．
(2)运动员减速的加速度大小．
题型三 运动学和动力学图像综合应用
例3.具有我国自主知识产权的“歼-10”飞机的横空出世，证实了我国航空事业在飞速发展，而航空事业的发展又离不开风洞试验，其简化模型如图(a)所示。在光滑的水平轨道上停放相距x0＝10 m的甲、乙两车，其中乙车是风力驱动车。在弹射装置使甲车获得v0＝40 m/s的瞬时速度向乙车运动的同时，乙车的风洞开始工作，将风吹向固定在甲车上的挡风板，从而使乙车获得了速度，测绘装置得到了甲、乙两车的v-t图像如图(b)所示，设两车始终未相撞。
(a) (b)
(1)若甲车的质量与其加速度的乘积等于乙车的质量与其加速度的乘积，求甲、乙两车的质量比；
(2)求两车相距最近时的距离。
3．如图甲所示，长L＝1.4 m的木板静止在足够长的粗糙水平面上，木板的右端放置着质量m＝1 kg的滑块(可视为质点).现用不同的水平恒力F向右拉木板，得到滑块和木板的加速度a随拉力F变化的关系图像如图乙所示，重力加速度g取10 m/s2.求：
(1)滑块与木板之间的动摩擦因数μ1；
(2)木板与地面之间的动摩擦因数μ2以及木板的质量M；
(3)若水平恒力F＝27.8 N，滑块从木板上滑落经历的时间t.

1．（2024河南信阳一模）彩虹滑道作为一种旱地滑雪设备，因其多彩绚丽的外形、危险性低且符合新时代环保理念吸引了越来越多的游客。小孩坐在皮艇中被拉上滑道的过程可简化成图示模型。已知皮艇质量M＝5 kg，小孩质量m＝30 kg，皮艇与滑道之间的动摩擦因数μ1＝0.1，小孩与皮艇之间的动摩擦因数μ2＝0.8，现给皮艇一沿滑道斜向上的恒力F，用时t＝50 s将皮艇和小孩拉至顶端，滑道长度L＝250 m，重力加速度大小取g＝10 m/s2，滑道倾角θ＝37°，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8，求：
（1）小孩所受摩擦力的大小和方向；
（2）拉力F的大小；
（3）只给小孩一个沿滑道斜向上的恒定拉力F'，求能将他们拉至顶端且不会相对滑动的F'取值范围。
2．（2024广东汕头一模）如图所示，一足够长的薄木板B静止在水平地面上，某时刻一小物块A（可视为质点）以v0＝6 m/s的初速度滑上木板B。已知A的质量m＝1 kg，B的质量M＝2 kg，A、B之间的动摩擦因数μ1＝0.5，B与水平面间的动摩擦因数μ2＝0.1，取g＝10 m/s2，不计空气阻力。求：
（1）A刚滑上木板B时A和B的加速度；
（2）A在B上相对滑动的最大距离。
3．（2024河南周口模拟）2024年4月3日，某集团完成了某型号汽车的首批交付仪式。之后陆续有用户对该型号汽车进行了性能测试。为提升驾驶体验，为驾乘者提供更加安全和舒适的驾驶环境，该型号汽车具有AEB自动紧急制动性能并加入了AEB Pr功能。某车主对此性能进行了测试。该型号汽车在平直的封闭公路上以v0＝108 km/h的速度水平向右匀速行驶，检测到障碍物后在AEB和AEB Pr功能作用下开始减速，车所受阻力f与车重力mg的比值随时间变化的情况可简化为如图所示的图像，最终停在距离障碍物1 m的位置。取重力加速度大小g＝10 m/s2。求：
（1）该型号汽车开始减速瞬间的加速度；
（2）该型号汽车在1 s末的速度v1大小；
（3）该型号汽车从开始减速位置到障碍物间的距离。
4．(2023大湾区一模)水面救生无人船已经成为水面救援的重要科技装备．在某次测试中，一质量为20 kg的无人船在平静水面上沿直线直奔目标地点．无人船先从静止出发，做匀加速运动10 s后达到最大速度4 m/s，接着立即做匀减速运动，匀减速运动了16 m的距离后速度变为零．已知无人船运行过程中受到水的阻力恒定且大小为4 N，不计空气阻力，取g＝10 m/s2．求：
(1)在匀加速过程中，无人船发动机提供的动力的大小F1．
(2)在匀减速过程中，无人船发动机提供的阻力的大小F2．
(3)无人船在上述测试中，运动的总时间t及总位移大小x．
5．(2023广东汕头市模拟)福建舰是我国完全自主设计建造的首艘弹射型航空母舰，采用了电磁弹射和阻拦系统。舰载机的起飞和着陆均视为匀变速直线运动，福建舰始终静止，相关数据如下表所示：
(1)若电磁弹射给舰载机的初速度为40 m/s，请根据表格数据判断舰载机能否正常起飞；
(2)若拦阻索对返航的舰载机进行减速时，舰载机的初速度大小为40 m/s，请求出着舰3 s内舰载机的位移大小。
1．（2024·广西·高考真题）如图，轮滑训练场沿直线等间距地摆放着若干个定位锥筒，锥筒间距，某同学穿着轮滑鞋向右匀减速滑行。现测出他从1号锥筒运动到2号锥筒用时，从2号锥筒运动到3号锥筒用时。求该同学
（1）滑行的加速度大小；
（2）最远能经过几号锥筒。
2．（2024·全国甲卷·高考真题）为抢救病人，一辆救护车紧急出发，鸣着笛沿水平直路从时由静止开始做匀加速运动，加速度大小，在时停止加速开始做匀速运动，之后某时刻救护车停止鸣笛，时在救护车出发处的人听到救护车发出的最后的鸣笛声。已知声速，求：
（1）救护车匀速运动时的速度大小；
（2）在停止鸣笛时救护车距出发处的距离。
3．（2021·重庆·高考真题）我国规定摩托车、电动自行车骑乘人员必须依法佩戴具有缓冲作用的安全头盔。小明对某轻质头盔的安全性能进行了模拟实验检测。某次，他在头盔中装入质量为的物体（物体与头盔密切接触），使其从的高处自由落下（如图），并与水平地面发生碰撞，头盔厚度被挤压了时，物体的速度减小到零。挤压过程不计物体重力，且视为匀减速直线运动，不考虑物体和地面的形变，忽略空气阻力，重力加速度g取。求：
（1）头盔接触地面前瞬间的速度大小；
（2）物体做匀减速直线运动的时间；
（3）物体在匀减速直线运动过程中所受平均作用力的大小。
4．（2024·新疆河南·高考真题）如图，一长度的均匀薄板初始时静止在一光滑平台上，薄板的右端与平台的边缘O对齐。薄板上的一小物块从薄板的左端以某一初速度向右滑动，当薄板运动的距离时，物块从薄板右端水平飞出；当物块落到地面时，薄板中心恰好运动到O点。已知物块与薄板的质量相等。它们之间的动摩擦因数，重力加速度大小。求
（1）物块初速度大小及其在薄板上运动的时间；
（2）平台距地面的高度。
5．（2022·浙江·高考真题）物流公司通过滑轨把货物直接装运到卡车中。如图所示，倾斜滑轨与水平面成24°角，长度，水平滑轨长度可调，两滑轨间平滑连接。若货物从倾斜滑轨顶端由静止开始下滑，其与滑轨间的动摩擦因数均为，货物可视为质点（取，，重力加速度）。
（1）求货物在倾斜滑轨上滑行时加速度的大小；
（2）求货物在倾斜滑轨末端时速度的大小；
（3）若货物滑离水平滑轨末端时的速度不超过2m/s，求水平滑轨的最短长度。
6．（2022·浙江·高考真题）第24届冬奥会将在我国举办。钢架雪车比赛的一段赛道如图1所示，长12m水平直道AB与长20m的倾斜直道BC在B点平滑连接，斜道与水平面的夹角为15°。运动员从A点由静止出发，推着雪车匀加速到B点时速度大小为8m/s，紧接着快速俯卧到车上沿BC匀加速下滑（图2所示），到C点共用时5.0s。若雪车（包括运动员）可视为质点，始终在冰面上运动，其总质量为110kg，sin15°=0.26，重力加速度取，求雪车（包括运动员）
（1）在直道AB上的加速度大小；
（2）过C点的速度大小；
（3）在斜道BC上运动时受到的阻力大小。
匀变速直线运动问题常用的解题方法
分析图像问题的三环节
全舰长度
320 m
舰宽
78 m
母舰最大航速
30节(约为56 km/h)
满载排水量
8万余吨
舰载机质量
50吨
舰载机搭载数量
60～70架
舰载机加速的加速度
5 m/s2
舰载机减速的加速度
20 m/s2
舰载机起飞速度
80 m/s