高考专题三牛顿运动定律应用创新题组

这是一份高考专题三牛顿运动定律应用创新题组，共16页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
专题三　牛顿运动定律
应用创新题组
(时间:70分钟　满分:120分)
一、单项选择题(每小题4分,共20分)
1.(2021湖南名校联盟开学考,4物理生活)在大型物流货场,广泛应用着传送带搬运货物。如图甲所示,与水平面成θ角倾斜的传送带以恒定速率运动,皮带始终是绷紧的,将m=1 kg的货物放在传送带上的A端,经过1.2 s到达传送带的B端。用速度传感器测得货物与传送带的速度v随时间t变化的图像如图乙所示,已知重力加速度g=10 m/s2,由v-t图可知(　　)

A.A、B两点的距离为2.4 m
B.货物与传送带间的动摩擦因数为0.5
C.货物从A运动到B过程中,传送带对货物做功大小为12.8 J
D.货物从A运动到B过程中,货物与传送带摩擦产生的热量为11.2 J
答案　B　A、B两点的距离等于全程货物的位移,根据v-t图线与横轴所围面积表示位移可得L=12×0.2×2 m+12×(2+4)×1.0 m=3.2 m,A错误。根据牛顿运动定律可得g sin θ+μg cos θ=10 m/s2,g sin θ-μg cos θ=2 m/s2,联立解得θ=37°,μ=0.5,B正确。根据能量守恒定律可得,传送带对货物做的功W=12mv2-mgL sin θ=-11.2 J,C错误。货物从A运动到B过程中,s相对=12×0.2×2 m+12×1.0×2 m=1.2 m,货物与传送带摩擦产生的热量为Q=μmg cos θ·s相对=4.8 J,D错误。
2.(2022届湘豫名校联考物理生活)如图所示,某快递公司使用电动传输机输送快件,绷紧的传送带始终保持v的恒定速率顺时针运行,在传送带左端A处轻轻放置一快件(可视为质点),快件与传送带间动摩擦因数为μ,传送带左端A与右端B间的距离为L,重力加速度大小为g,要使快件从A运送到B所用的时间恰好最短,则下列说法正确的是(　　)

A.若不计轮子的大小,则传送带恰好转一圈
B.若μ一定,L变为原来的2倍,则传送带速度变为原来的2倍
C.若L一定,μ变为原来的2倍,则传送带速度变为原来的4倍
D.当L和μ同时变化时,传送带的速度将一定变化
答案　A　要使快件从A运送到B所用的时间恰好最短,则快件从A到B始终做匀加速运动,且到达B点时的速度恰好达到v,则v=v2,t=Lv=2Lv,可知若不计轮子的大小,则传送带恰好转一圈,A正确。由a=μg和2aL=v2联立可得2μgL=v2,若μ一定,L变为原来的2倍,则传送带速度变为原来的2倍;若L一定,μ变为原来的2倍,则传送带速度变为原来的2倍;当L和μ同时变化时,若二者乘积不变,传送带的速度不变,故B、C、D错误。
3.(2020东莞线上自测,5典型模型)如图所示,水平传送带A、B两端相距x=2 m,物体与传送带间的动摩擦因数μ=0.125,物体滑上传送带A端的瞬时速度vA=3 m/s,到达B端的瞬时速度设为vB。g取10 m/s2,下列说法中正确的是(　　)

A.若传送带顺时针匀速转动,物体刚开始滑上传送带A端时一定做匀加速运动
B.若传送带顺时针匀速转动,物体在水平传送带上运动时有可能不受摩擦力
C.若传送带逆时针匀速转动,则vB一定小于2 m/s
D.若传送带顺时针匀速转动,则vB一定大于2 m/s
答案　B　若传送带顺时针匀速转动且速度小于3 m/s,则物体在传送带上做匀减速运动,故A错误;若传送带顺时针匀速转动且速度等于3 m/s,则物体在传送带上做匀速运动,所以物体可能不受摩擦力,故B正确;若传送带逆时针匀速转动,则物体的加速度大小a=μmgm=μg=1.25 m/s2,减速到零所用的时间为t0=vAa=31.25 s=2.4 s,发生的位移为s=vA+02t0=32×2.4 m=3.6 m>2 m,说明物体在传送带上一直做匀减速运动,由速度位移公式有2ax=vB2-vA2,解得vB=2 m/s,故C错误;若传送带顺时针匀速转动且速度为2 m/s,则物体速度减速到与传送带速度相同时发生的位移为s1=22-322×(-1.25) m=2 m=x,说明物体到达传送带B端时速度与传送带速度相等,为2 m/s,故D错误。
4.(2020揭阳、金中期中联考,15典型模型)如图所示,木盒中固定一质量为m的砝码,木盒和砝码在桌面上以一定的初速度一起滑行一段距离后停止。现拿走砝码,而持续加一个竖直向下的恒力F(F=mg),若其他条件不变,则木盒滑行的距离(　　)

A.不变　　　　　　B.变大
C.变小　　　　　　D.变大变小均可能
答案　C　设木盒的质量为M,根据牛顿第二定律得放砝码时的加速度a1=μ(M+m)gM+m,拿走砝码施加F时的加速度a2=μ(M+m)gM,可知:a2>a1,根据v2=2ax可知,加速度增大,则滑行的距离变小,C正确,A、B、D错误。
5.(2022届东营月考,7科学探索)如图所示,一水平的浅色长传送带上放置一质量为m的煤块(可视为质点),煤块与传送带之间的动摩擦因数为μ。初始时,传送带与煤块都是静止的。现让传送带以恒定的加速度a开始运动,当其速度达到v后,便以此速度做匀速运动,经过一段时间,煤块在传送带上留了一段黑色痕迹后,相对于传送带不再滑动,关于上述过程,以下判断正确的是(重力加速度大小为g)(　　)

A.μ与a之间一定满足关系μ>ag
B.煤块从开始运动到相对传送带静止通过的位移为v2μg
C.煤块从开始运动到相对传送带静止经历的时间为vμg
D.黑色痕迹的长度为(a-μg)v22a2
答案　C　由题意知煤块与传送带之间发生相对滑动,则传送带的加速度大于煤块的加速度,有μmgμ1,共速后煤块将仍以加速度大小a1=μ1mgm=μ1g=1 m/s2匀减速,直到停止
而平板以加速度大小a3做匀减速运动:μ2(mg+Mg)-μ1mg=Ma3
代入数据解得:a3=3.5 m/s2
运动时间为t3=v1a3=27 s
所以,全程平板的位移为s板=0+v12(t0+t3)=1128 m
煤块的位移:s煤=v22a1=98 m
平板的最短长度即煤块与平板的位移之差
L=s煤-s板=4156 m≈0.73 m 
15.(2022届长沙一中月考一典型模型)(12分)如图甲所示,在足够长的光滑水平面上,放置一长为L=1 m、质量为m1=0.5 kg的木板A,一质量为m2=1 kg的物体B以初速度v0滑上木板A上表面,同时对木板A施加一个水平向右的力F,A与B之间的动摩擦因数为μ=0.2,g取10 m/s2,物体B在木板A上运动的相对路程s与力F的关系如图乙所示,求:
(1)当F=1 N时,A、B相对运动过程中的加速度大小;
(2)初速度v0大小及图中F1和F2的大小。


解析　(1)设木板A的加速度大小为a1,物体B的加速度大小为a2,分别由牛顿第二定律有:
F+μm2g=m1a1,μm2g=m2a2
解得a1=6 m/s2,a2=2 m/s2 
(2)Ⅰ.由图像可看出当F≤1 N时,物体B在木板A上的路程始终等于板长L,当F=1 N时,刚好不从A板右端掉下,此后A和B一起相对静止并加速运动。
Ⅱ.当1 N≤F≤F1时,相对运动过程木板A的加速度大小为a1,物体B的加速度大小为a2
设A运动的位移为sA,B运动的位移为sB,经过t时间两者速度均为v,根据运动学公式有
sA=v2t,sB=v0+v2t,v=v0-a2t=a1t
B在A上相对A向右运动的路程s=sB-sA
联立解得s=v024(F+3)
将F=1 N,s=1 m代入解得v0=4 m/s 
分析可知,当1 N≤F≤F1时,随着力F增大,s减小,当F=F1时,出现s突变,说明A、B在达到共同速度后,两者相对静止,整体加速度大小也为a2,由牛顿第二定律有F1=(m1+m2)a2,联立解得F1=3 N 
B相对A向右运动的路程为s1=v024(F1+3)=23 m
Ⅲ.当F>F1时,物体B相对木板A的路程为B相对A向右运动的路程的两倍,故当F=F2时,将s2=0.5s1代入s2=v024(F2+3),解得F2=9 N 
16.(2022届梅州东山中学期中,14典型模型)(10分)如图所示,绷紧的传送带始终以v0=5 m/s的速度斜向上匀速运行,传送带与水平方向间的夹角θ=30°。现把质量m=10 kg的工件(可看作质点)轻轻地放在传送带底端P处,由传送带传送至顶端Q处。已知P、Q之间的距离L=6 m,工件与传送带间的动摩擦因数μ=32,取g=10 m/s2。求:

(1)工件刚放上传送带时的加速度a的大小;
(2)工件从P点运动到Q点所用的时间t。
解析　(1)对工件进行受力分析,由牛顿第二定律得μmg cos θ-mg sin θ=ma,代入数值得a=2.5 m/s2。 
(2)设工件的速度达到与传送带的速度相同时所用时间为t1,发生的位移为x1,则有t1=v0a=2 s,x1=v022a=5 m