高中物理高考 考点11 牛顿第二定律——备战2021年高考物理考点一遍过

这是一份高中物理高考 考点11 牛顿第二定律——备战2021年高考物理考点一遍过，共15页。试卷主要包含了用牛顿第二定律分析瞬时加速度，在求解瞬时加速度问题时应注意，所示等内容，欢迎下载使用。
1．用牛顿第二定律分析瞬时加速度
2．分析物体在某一时刻的瞬时加速度，关键是明确该时刻物体的受力情况及运动状态，再由牛顿第二定律求出瞬时加速度，此类问题应注意以下几种模型：
3．在求解瞬时加速度问题时应注意：
（1）物体的受力情况和运动情况是时刻对应的，当外界因素发生变化时，需要重新进行受力分析和运动分析。
（2）加速度可以随着力的突变而突变，而速度的变化需要一个过程的积累，不会发生突变。
（2020·邢台市第二中学高一开学考试）如图所示，质量为2 kg的物体A静止在竖直的轻弹簧上面。质量为3 kg的物体B用轻质细线悬挂，A、B接触但无挤压。某时刻将细线剪断，则细线剪断瞬间，B对A的压力大小为（g＝10 m/s2）
A．12 NB．22 N
C．25 ND．30N
【参考答案】A
【详细解析】剪断细线前，A、B间无压力，对A受力分析，受重力和弹簧的弹力，根据平衡条件有：
N
剪断细线的瞬间，对整体分析，根据牛顿第二定律有：
代入数据得整体加速度为：m/s2
隔离对B分析，根据牛顿第二定律有：
代入数据解得：N，故A正确，BCD错误。
故选A．
1．（2020·湖南省高一期末）如图，将一轻质弹簧竖直固定在水平桌面上，把小球轻放在弹簧的上端，小球从静止开始向下运动，直至将弹簧压缩至最短。在压缩弹簧的整个过程中，能表示小球加速度a与其下落高度h间关系的图是（设弹簧始终处于弹性限度内）（ ）
A．B．
C．D．
【答案】B
【解析】当小球和弹簧接触时，根据牛顿第二定律得
mg-kh=ma
所以

根据数学知识可知，选项B正确，ACD错误。
故选B。
（2020·宜宾市叙州区第一中学校高三其他）如图所示，细绳l1与l2共同作用于质量为m的小球而使其处于静止状态，其中细绳l1与竖直方向的夹角为θ，细绳l2水平，重力加速度为g，不计空气阻力．现剪断细绳l2，则剪断瞬间
A．小球立即处于完全失重状态
B．小球在水平方向上的加速度大小为gsin 2θ
C．细绳l1上的拉力大小为
D．小球受到的合力大小为mgtan θ，方向水平向右
【参考答案】B
【详细解析】剪断细线瞬间，小球速度为零，则沿着绳子方向的合力为零，根据平衡条件求解L1上的拉力，小球运动到最低点的过程中，根据动能定理求出到达最低点的速度，在最低点，根据向心力公式求解绳子的拉力．
【详解】
A、B项：剪断细线瞬间，小球速度为零，则沿着绳子方向的合力为零，但重力沿与垂直绳l1方向还有分力：，加速度为 ，将加速度分解到水平方向和竖直方向，水平方向的加速度为：，故A错误，B正确；
C项：剪断细线瞬间，小球速度为零，则沿着绳子方向的合力为零，即，故C错误；
D项：剪断细线瞬间，小球速度为零，则沿着绳子方向的合力为零，小球的合外力沿与与垂直绳l1方向斜向下，大小为，故D错误．
故应选：B．
【点睛】
本题考查了共点力平衡、牛顿第二定律、动能定理的基本运用．注意剪断l2线，绳子的拉力发生突变，该瞬间沿绳子方向的合力为零，合力沿垂直绳子方向．
1．（2020·江苏省响水中学高一月考）分别在四辆相同汽车的车厢顶部用细线悬挂一个小球，当汽车在沿平直道路上运动的过程中，小球相对汽车所处的状态如图所示. 已知，则获得最大加速度的汽车是
A．B．
C．D．
【答案】D
【解析】以A图为例，以小球为研究对象，由牛顿第二定律得：Tcsα=mg，Tsinα=ma 两式联立解得：a=gtanα，可知，a越大，汽车的加速度越大，因为β＞α＞θ＞0°，所以D图中汽车的加速度最大。
A.与结论不相符，选项A错误；
B. 与结论不相符，选项B错误；
C. 与结论不相符，选项C错误；
D. 与结论相符，选项D正确；
（2020·四川省棠湖中学高一月考）直立的轻弹簧一端固定在地面上，另一端拴住一个铁块，现让铁块在竖直方向做往复运动，从块所受合力为零开始计时，取向上为正方向，其运动的位移-时间图像如图所示（ ）
A．t=0.25s时物体对弹簧的压力最大
B．t=0.25s和t=0.75s两时刻弹簧的弹力相等
C．t=0.25s至t=0.50s这段时间物体做加速度逐渐增大的加速运动
D．t=0.25s至t=0.50s这段时间内物体的动能和弹簧的弹性势都在增大
【参考答案】D
【详细解析】A．t=0.25s时物体在平衡位置上方最大位移处，此时加速度向下最大，物体发生失重最大，此时对弹簧的压力最小，选项A错误；
B． t=0.25s和t=0.75s两时刻物块相对平衡位置的位移大小相等，但此时弹簧的形变量不同，即弹簧的弹力不相等，选项B错误；
CD．t=0.25s至t=0.50s这段时间物体从最高点向平衡位置运动，相对平衡位置的位移逐渐减小，则所受合外力逐渐减小，则加速度减小，即物体做加速度逐渐减小的加速运动，此过程中物体的动能变大，弹簧不断被压缩，弹性势能逐渐变大，选项C错误，D正确。
故选D。
1．（2020·宁夏回族自治区高三一模）一质量为m=2.0 kg的木箱静止在粗糙的水平地面上,木箱与地面间的动摩擦因数μ=0.2,现对木箱施加一沿水平方向的大小随时间变化的拉力F,使木箱由静止开始运动,测得0～2s内其加速度a随时间t变化的关系图象如图所示。已知重力加速度g=10 m/s2,下列关于木箱所受拉力F的大小和运动速度v随时间t变化的图象正确的是（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】A
【解析】由a-t图像可知，a=4-2t(m/s2)，由牛顿第二定律可知：F=ma+μmg=2(4-2t)+0.2×20=-4t+12(N)，可知图像A正确，B错误；由v=at可知，a-t图像的“面积”等于速度的变化，则v=12[4+(4-2t)]t=4t-t2，当t=2s时v=4m/s；则选项CD错误；故选A.
1．（2020·黑龙江省哈尔滨市第六中学校高一开学考试）如图所示，劲度系数为k的轻弹簧的一端固定在墙上，另一端与置于水平面上的质量为m的物体接触（未连接），弹簧水平且无形变。用水平力F缓慢推动物体，在弹性限度内弹簧长度被压缩了x0，此时物体静止。撤去F后，物体开始向左运动，运动的最大距离为4x0。物体与水平面间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，则（ ）
A．撤去F后，物体先做变加速运动，弹簧原长时速度最大，再做匀减速运动
B．撤去F后，物体刚运动时的加速度为
C．物体做匀减速运动的时间为
D．物体开始向左运动到速度最大的过程中克服摩擦力做的功为
2．（2020·黑龙江省铁人中学高一期中）一个质量为m的质点以速度v0做匀速直线运动，某时刻开始受到恒力F的作用，质点的速度先减小后增大，其最小值为 ，质点从受到恒力作用到速度减至最小值的过程（ ）
A．经历的时间为
B．经历的时间为
C．发生的位移为
D．发生的位移为
3．（2020·山西省致远实验中学校高二期中）如图所示，质量为m的小球用两细线悬挂于A、B两点，小球可视为质点，水平细线OA长L1，倾斜细线OB长为L2，与竖直方向夹角为θ，现两细线均绷紧，小球运动过程中不计空气阻力，重力加速度为g，下列论述中正确的是（ ）
A．在剪断OA现瞬间，小球加速度大小为gtanθ
B．剪断OA后，小球将来回摆动，小球运动到B点正下方时细线拉力大小为
C．剪断OB线瞬间，小球加速度大小为gsinθ
D．剪断OB线后，小球从开始运动至A点正下方过程中，重力功率先增大后减小
4．如图所示，质量为M的薄木板静止在粗糙水平桌面上，木板上放置一质量为m的木块。已知m与M之间的动摩擦因数为μ，m、M与桌面间的动摩擦因数均为2μ。现对M施一水平恒力F，将M从m下方拉出，而m恰好没滑出桌面，则在上述过程中
A．水平恒力F一定大于3μ(m+M)g
B．m在M上滑动的时间和在桌面上滑动的时间相等
C．m在M上滑动的时间是在桌面上滑动的时间的2倍
D．若增大水平恒力F，木块有可能滑出桌面
5．（2019·江苏省南通市高二期末）如图所示，放在固定斜面上的物块沿斜面下滑，若在物块上再施加一竖直向下的恒力F，则
A．若物块原来匀速运动，则物块将匀加速下滑
B．若物块原来匀速运动，则物块将匀减速下滑
C．若物块原来匀加速运动，则物块将以相同的加速度匀加速下滑
D．若物块原来匀加速运动，则物块将以更大的加速度匀加速下滑
6．一个物块放在光滑的水平地面上，从静止开始受到水平向右的外力F的作用，外力F与时间t的关系如图所示。则
A．0~t0时间内，物块向右做匀加速运动
B．t0~2t0时间内，物块向左做匀加速运动
C．0~2t0时间内，物块的速度先增大后减小
D．0~2t0时间内，物块的加速度先增大后减小
7．（2019·四川省宜宾市高一期末）如图（a）,一长木板静止于光滑水平桌面上，时，小物块以速度 滑到长木板上，时刻小物块恰好滑至长木板最右端。图（b）为物块与木板运动的图像，已知图中、、，重力加速度大小为g。下列说法正确的是
A．木板的长度为
B．物块与木板的质量之比为
C．物块与木板之间的动摩擦因数为
D．t1时刻，小物块和木板动能之比为
8．（2019·新课标全国Ⅲ卷）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g=10 m/s2。由题给数据可以得出
A．木板的质量为1 kg
B．2 s~4 s内，力F的大小为0.4 N
C．0~2 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
9．（2018·新课标I卷）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
A．B．
C．D．
10．（2016·新课标全国Ⅰ卷）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
11．（2016·海南卷）沿固定斜面下滑的物体受到与斜面平行向上的拉力F的作用，其下滑的速度–时间图线如图所示。已知物体与斜面之间的动摩擦因数为常数，在0~5 s、5~10 s、10~15 s内F的大小分别为F1、F2和F3，则
A．F1F3`C．F1>F3D．F1=F3
1．BD【解析】A．撤去F后，物体水平方向上受到弹簧的弹力和滑动摩擦力，滑动摩擦力不变，而弹簧的弹力随着压缩量的减小而减小，弹力先大于滑动摩擦力，后小于滑动摩擦力，则物体向左先做加速运动后做减速运动，随着弹力的减小，合外力先减小后增大，则加速度先减小后增大，当弹簧弹力等于滑动摩擦力时，物体的加速度为零，此时速度最大，故物体先做变加速运动，再做变减速运动，最后物体离开弹簧后做匀减速运动，故A错误；
B．刚开始时，由牛顿第二定律有
解得
故B正确；
C．由题意知，物体离开弹簧后通过的最大距离为3x0，由牛顿第二定律得
将此运动看成向右的初速度为零的匀加速运动，则
联立解得
故C错误；
D．当弹簧的弹力与滑动摩擦力大小相等、方向相反时，物体合力为零，速度达到最大，则有
解得
所以物体开始向左运动到速度最大的过程中克服摩擦力做的功为
故D正确。
故选BD。
2．BC【解析】AB、质点减速运动的最小速度不为0，说明质点不是做直线运动，是做类斜抛运动．质点的速度先减小后增大，其最小值为，分析可知初速度与恒力的夹角为120°．沿恒力方向根据牛顿第二定律可得加速度为：a=
在沿恒力方向上有：v0sin30°﹣at=0，
解得：t=，故A错误 、B正确；
CD、此过程中垂直于力F方向发生的位移为：x=t=，
在沿恒力方向上有：，
质点的位移为：s=，故C正确，D错误．
故选BC
【点睛】
根据题目中的描述物体在做曲线运动，根据速度的合成与分解和位移的合成与分解进行分析，列式求解即可．
3．BD【解析】A．剪断细线AO的瞬间，小球开始做竖直面内的圆周运动，其线速度为零，所以沿半径方向的加速度为零，只有沿切线方向的加速度。由牛顿第二定律有，沿半径方向
沿切线方向
解得
故A错误；
B．剪断AO后，设小球运动到B点正下方时的速度大小为v，由动能定理得
在最低点，设小球运动到B点正下方时细线拉力大小为F，由牛顿第二定律得
联立解得
故B正确；
C．剪断OB线瞬间，小球做自由落体运动，加速度为g，故C错误；
D．剪断OB线后，设小球与水平方向的夹角为θ时，速度为v1，则
此时重力的瞬时功率
根据数学知识可知，当0 < θ < 90°时，重力功率P先增大后减小，故D正确。
故选BD。
4．AC【解析】对小木块μmg=ma1，对木板：；要使小木块滑离木板，需使a2>a1，则 ，A正确；设小木块在薄木板上滑动的过程，时间为t1，小木块的加速度大小为a1，小木块在桌面上做匀减速直线运动，加速度大小为a2，时间为t2，有：μmg=ma1，2μmg=ma2，a1t1=a2t2，联立解得：t1=2t2，B错误，C正确；若增大水平恒力F，木块离开木板时间变短，速度变小，位移变小；在桌面上滑动的距离变短，不可能滑出桌面，D错误。故选：AC。
5．D【解析】若物块原来匀速运动，未加F时，物块匀速下滑，受力平衡，分析物体的受力情况如图，由平衡条件得：mgsinθ=μmgcsθ；得：sinθ=μcsθ，对物块施加一个竖直向下的恒力F时，物块受到的滑动摩擦力大小为：f=μ（F+mg）csθ，重力和F沿斜面向下的分力大小为（F+mg）sinθ，则可知，（F+mg）sinθ=μ（F+mg）csθ，则物块受力仍平衡，所以仍处于匀速下滑状态，故AB错误。若物块原来匀加速运动，未加F时，物体受重力、支持力和摩擦力，根据牛顿第二定律有：；当施加F后加速度为：a′=，因为gsinθ>μgcsθ，所以Fsinθ>μFcsθ，可见a′>a，即加速度增大，则物块将以更大的加速度匀加速下滑，故D确，C错误。
6．C【解析】对物体受力分析，根据牛顿第二定律可知F=ma，0~t0时间内，拉力减小，加速度减小，物体做加速度减小的加速运动，在t0时刻速度达到最大，故A错误；t0~2t0时间内，拉力反向增大，加速度反向增大，做减速运动，根据力的对称性可知，到达2t0时刻速度减速到零，故BD错误，C正确。
7．ACD【解析】时刻小物块恰好滑至长木板最右端，所以相对位移就是板长，根据图b知，相对位移为图像面积差：，A正确。相对运动过程中，相互间的摩擦力设为f，木块的加速度，木板加速度 ，所以质量之比为，B错误。木块的加速度，摩擦力 ，所以动摩擦因数为，C正确。动能 ，t1时刻，速度相同，所以动能比等于质量比，D正确。
8．AB【解析】结合两图像可判断出0~2 s物块和木板还未发生相对滑动，它们之间的摩擦力为静摩擦力，此过程力F等于f，故F在此过程中是变力，即C错误；2~5 s内木板与物块发生相对滑动，摩擦力转变为滑动摩擦力，由牛顿运动定律，对2~4 s和4~5 s列运动学方程，可解出质量m为1 kg，2~4 s内的力F为0.4 N，故A、B正确；由于不知道物块的质量，所以无法计算它们之间的动摩擦因数μ，故D错误。
9．A【解析】本题考查牛顿运动定律、匀变速直线运动规律、力随位移变化的图线及其相关的知识点。由牛顿运动定律，F-mg+F弹=ma，F弹=k(x0-x),kx0=mg，联立解得F=ma+ kx，对比题给的四个图象，可能正确的是A。
10．BC【解析】因为原来质点做匀速直线运动，合外力为0，现在施加一恒力，质点所受的合力就是这个恒力，所以质点可能做匀变速直线运动，也有可能做匀变速曲线运动，这个过程中加速度不变，速度的变化率不变。但若做匀变速曲线运动，单位时间内速率的变化量是变化的。故C正确，D错误。若做匀变速曲线运动，则质点速度的方向不会总是与该恒力的方向相同，故A错误；不管做匀变速直线运动，还是做匀变速曲线运动，质点速度的方向不可能总是与该恒力的方向垂直，故B正确。
【名师点睛】本题主要考查牛顿运动定律。特别注意以前我们碰到的问题经常是去掉一个恒力，本题增加了一个恒力，从牛顿运动定律角度来看没有什么区别。根据牛顿第二定律计算加速度的可能大小，根据合力与速度方向间的关系判断物体的运动情况。要特别注意的是，质点有可能做匀变速曲线运动。
11．A【解析】由v–t图象可知，0~5 s内加速度a1=0.2 m/s2，沿斜面向下，根据牛顿第二定律有
mgsin θ–f–F1=ma1，F1=mgsin θ–f–0.2m；5~10 s内加速度a2=0，根据牛顿第二定律有mgsin θ–f–F2=ma2，F2=mgsin θ–f；10~15 s内加速度a3=–0.2 m/s2，沿斜面向上，根据牛顿第二定律有mgsin θ–f–F3=ma3，F3=mgsin θ–f+0.2m。故可得：F3>F2>F1，选项A正确。特性
模型
受外力时
的形变量
力能
否突变
产生拉力
或支持力
质量
内部
弹力
轻绳
微小不计
能
只有拉力
没有支持力
不计
处
处
相
等
橡皮绳
较大
不能
只有拉力
没有支持力
轻弹簧
较大
不能
既可有拉力
也可有支持力
轻杆
微小不计
能
既可有拉力
也可有支持力