2020高考物理 考前30天之备战冲刺押题系列Ⅳ 专题03 牛顿定律

2020高考物理 考前30天之备战冲刺押题系列Ⅳ 专题03 牛顿定律

专题三 牛顿定律 ‎ 内容 要求 ‎16．牛顿第一定律。惯性 ‎17．牛顿第二定律。质量。圆周运动中的向心力 ‎18．牛顿第三定律 ‎19．牛顿力学的适用范围 ‎20．牛顿定律的应用 ‎21．万有引力定律的应用。人造地球卫星的运动（限于圆轨道）‎ ‎22．宇宙速度 ‎23．超重和失重 ‎24．共点力作用下的物体的平衡 II II II I II II I I II 名师解读 牛顿定律是历年高考重点考查的内容之一。对这部分内容的考查非常灵活，选择、实验、计算等题型均可以考查。其中用整体法和隔离法处理问题，牛顿第二定律与静力学、运动学的综合问题，物体的平衡条件等都是高考热点；对牛顿第一、第三定律的考查经常以选择题或融合到计算题中的形式呈现。另外，牛顿运动定律在实际中的应用很多，如弹簧问题、传送带问题、传感器问题、超重失重问题、同步卫星问题等等，应用非常广泛，尤其要注意以天体问题为背景的信息给予题，这类试题不仅能考查考生对知识的掌握程度，而且还能考查考生从材料、信息中获取要用信息的能力，因此备受命题专家的青睐。样题解读 ‎【样题1】（2020·江苏省盐城市模拟）如图3－1所示，AB和CD为两条光滑斜槽，它们各自的两个端点均分别位于半径为R和r的两个相切的圆上，且斜槽都通过切点P。设有一重物先后沿两个斜槽，从静止出发，由A滑到B和由C滑到D，所用的时间分别为t1和t2，则t1与t2之比为 A．2：1　　 B．1：1‎ C．：1 D．1：‎ ‎[分析] 设光滑斜槽轨道的倾角为q，则物体下滑时的加速度为，由几何关系，斜槽轨道的长度，由运动学公式，得，即所用的时间t与倾角q无关，所以t1＝t2，B项正确。‎ ‎[答案] B ‎【样题2】（2020·山东省淄博市模拟考试）为了研究超重与失重现象。某同学把一体重计放在电梯的地板上，他站在体重计上随电梯运动并观察体重计示数的变化情况。下表记录了几个特定时刻体重计的示数（表内各时刻不表示先后顺序），若已知t0时刻电梯静止，则 时间 t0‎ t1‎ t2‎ t3‎ 体重计示数（kg）‎ ‎45.0‎ ‎50.0‎ ‎40.0‎ ‎45.0‎ A．t3时刻电梯可能向上运动 B．t1和t2时刻电梯运动的加速度方向相反，但运动方向不一定相反 C．t1和t2时刻该同学的质量相同，但所受重力不同 D．t1和t2时刻该同学的质量和重力均不相同 ‎[分析] 已知t0时刻电梯静止，所以该同学的质量为‎45kg，t1 时刻电梯处于超重状态，加速度向上，t2时刻电梯处于失重状态，加速度向下，但运动方向不一定相反，B项正确；t3时刻电梯可能静止，也可能匀速向上运动，A项正确；t1和t2时刻该同学分别处于超重和失重状态，表示电梯对该同学的支持力大于和小于其重力，但该同学的质量和重力均不变，C项、D项都不正确。‎ ‎[答案] AB ‎[解读]　本题涉及到受力分析、牛顿第二定律、超重、失重等知识点，考查理解能力、推理能力和分析综合能力，体现了《考试大纲》中对“理解物理概念、物理规律的确切含义，理解相关知识的区别和联系”和“能够根据已知的知识和物理事实、条件，对物理问题进行逻辑推理和论证，得出正确的结论或作出正确的判断”的能力要求。分析本题时要注意，超重和失重是指体重计的示数比重力大还是比重力小，本质是物体的加速度方向是向上还是向下（加速度向上为超重，加速度向下为失重），而与物体的运动方向（即速度方向）无关，并且物体的重力和质量是不变的，即只是视重变大或变小。‎ ‎【样题3】（2020·山东省济南市模拟考试）用一根细线一端系一小球（可视为质点），另一端固定在一光滑锥顶上，如图3－2（a）所示，设小球在水平面内作匀速圆周运动的角 减小，当N＝0时，角速度为ω0。当ω＜ω0时，由牛顿第二定律得，Tsinq－Ncosq＝mω2Lsinq，Tcosq＋Nsinq＝mg，解得T＝mω2Lsin2q＋mgcosq；当ω＞ω0时，绳与竖直方向夹角变大，设为a，由牛顿第二定律得Tsina＝mω2Lsina，T＝mω‎2L，可知T－ω2图线的斜率变大，C项正确。‎ ‎[答案] C ‎[解读]　本题涉及到圆周运动的受力分析、力的合成与分解、牛顿第二定律、向心力、临界问题等知识点，重点考查分析综合能力和应用数学处理物理问题的能力，体现了《考试大纲》中对“能够把一个复杂问题分解为若干较简单的问题，找出它们之间的联系”和“能够根据具体问题列出物理量之间的关系式，进行推导和求解，并根据结果得出物理结论，必要时能运用几何图形、函数图像进行表达、分析”的能力要求。本题的图像中提示出有转折点，从这一点入手，可知当角速度过大时，小球会飘起离开斜面，因此要分两种情况列方程。因小球做匀速圆周运动，合外力不为零，所以适合用正交分解法处理。‎ ‎【样题4】‎ 我国和欧盟合作的建国以来最大的国际科技合作计划“伽利略计划”将进入全面实施阶段，这标志着欧洲和我国都将拥有自己的卫星导航定位系统，并将结束美国全球定位系统(GPS)在世界独占鳌头的局面。据悉“伽利略”卫星定位系统将由30颗轨道卫星组成，卫星的轨道高度为,倾角为，分布在3个轨道上，每个轨道面部署9颗工作卫星和1颗在轨备份卫星。当某颗卫星出现故障时可及时顶替工作。若某颗替补卫星处在略低于工作卫星的轨道上，则这颗卫星的周期和速度与工作卫星相比较，以下说法中正确的是 A．替补卫星的周期大于工作卫星的周期"速度大于工作卫星的速度 B．替补卫星的周期小于工作卫星的周期"速度大于工作卫星的速度 C．替补卫星的周期大于工作卫星的周期"速度小于工作卫星的速度 D．替补卫星的周期小于工作卫星的周期"速度小于工作卫星的速度 ‎[分析] 由于卫星绕地球做匀速圆周运动。则 ‎,故卫星的运行周期，卫星运行速度。因此，卫星高度h越小，运行周期T越小，速度v越大，B项正确。‎ ‎[答案] B ‎[解读]　本题涉及到万有引力定律在天体上应用的知识，考查理解能力和推理能力，体 进行“顶杆”表演时，用的是一根质量可忽略不计的长竹竿，质量为‎30kg的演员自杆顶由静止开始下滑，滑到杆底时速度正好为零，已知竹竿底部与下面顶杆人肩部间有一感应器，如图3－3所示为传感器显示的顶杆人肩部的受力情况，取g=‎10m/s2，求：‎ ‎（1）杆上的人下滑中的最大速度；‎ ‎（2）竹竿的长度。‎ ‎[分析] （1）由F－t图可知，0－1s 人加速下滑，1－3s 人减速下滑，3s时刻人下滑到杆底静止，在0－1s中对人有 ‎ 对杆有 ‎ 人下滑的加速度 人下滑的最大速度 。‎ ‎（2）人下滑过程中的v－t图如图3－4所示，则竹竿的长度 ‎。‎ ‎[答案] （1）‎4m/s（2）6m ‎【样题6】（2020·江苏省模拟）你是否注意到，“神舟”六号宇宙飞船控制中心的大屏幕上出现的一幅卫星运行轨迹图，如图3－5‎ 所示，它记录了“神舟”六号飞船在地球表面垂直投影的位置变化；图中表示在一段时间内飞船绕地球圆周飞行四圈，依次飞经中国和太平洋地区的四次轨迹①、②、③、④，图中分别标出了各地点的经纬度（如：在轨迹①通过赤道时的经度为西经157.5°，绕行一圈后轨迹②再次经过赤道时经度为180°……），若地球质量为M，地球半径为R，万有引力恒量为G，从图中你能知道“神舟”六号宇宙飞船的那些轨道参数？（需推导出的参数，只需写出字母推导过程）‎ ‎42.4°)‎ ‎②飞船每运行一周，地球自转角度为180°－157.5°＝22.5°，则神舟飞船运行的周期 ‎③由万有引力提供向心力，即　‎ 可求得飞船的轨道半径　‎ 或轨道高度 。‎ ‎[答案] ①神舟飞船运行在轨道倾角42.4度　②神舟飞船运行的周期T＝90min　③飞船的轨道半径或轨道高度 ‎ ‎[解读]　本题涉及到万有引力定律在天体上应用的知识，考查分析综合能力和应用数学处理物理问题的能力，体现了《考试大纲》中对“能够把一个复杂问题分解为若干较简单的问题，找出它们之间的联系，能够理论联系实际，运用物理知识综合解决所遇到的问题”和“能够根据具体问题列出物理量之间的关系式，进行推导和求解，并根据结果得出物理结论”的能力要求。本题对获取图像信息的要求较高，尤其是图中的飞船运动轨迹不是平时见到的物理图形，需要考生结合地球自转的知识入手求解。‎ ‎【名师预测】‎ ‎1．游乐园中，游客乘坐能做加速或减速运动的升降机，可以体会超重或失重的感觉．下列描述正确的是 (　　)‎ A．当升降机加速上升时，游客是处在失重状态 B．当升降机减速下降时，游客是处在超重状态 C．当升降机减速上升时，游客是处在失重状态 D．当升降机加速下降时，游客是处在超重状态 ‎[答案]　BC ‎[解析]　超重与失重并不是物体的重力发生了变化，而是物体对支持物的压力比重力大或者小的现象．加速度竖直向上时，物体超重，加速度竖直向下时，物体失重，由此可知，B、C正确．‎ 减小，说明物体做变加速运动，A、D选项错．在0～t1时间内F的方向不变，F与v同向，则物体做加速运动．‎ ‎3．静止在光滑水平面上的物体受到一个水平拉力的作用，该力随时间变化的关系如图所示，则 (　　)‎ A．物体将做往复运动 B．2s内的位移为零 C．2s末物体的速度最大 D．3s内，拉力做的功为零 ‎[答案]　A ‎[解析]　本题考查了力与运动的关系及应用图象的能力．由题意可知，拉力F即为物体所受的合外力，根据F－t图象，物体在0～1s内做加速度逐渐减小的加速运动，1s末速度达到最大；在1～2s内做加速度逐渐增大的减速运动，2s末速度减为零，在2～3s内物体做反向加速运动，3s末速度达到最大；在3～4s内做反向减速运动，4s末速度减为零，且重新回到出发点，也就是说物体在4s内的位移为零，以后物体将重复这样的运动，综上所述，选项A正确，B、C、D错误．‎ ‎4．如图所示，被水平拉伸的轻弹簧右端拴在小车壁上，左端拴一质量为‎10kg的物块M.小车静止不动，弹簧对物块的弹力大小为5N时，物块处于静止状态．当小车以加速度a＝‎1m/s2沿水平地面向右加速运动时 (　　)‎ A．物块M相对小车仍静止 B．物块M受到的摩擦力大小不变 C．物体M受到的摩擦力将减小 D．物块M受到的弹簧的拉力将增大 ‎[答案]　AB ‎[解析]　由初始条件知最大静摩擦力Ffmax≥5N，当小车向右加速运动时．假设物块仍相对小车静止，由牛顿第二定律得5＋Ff＝10×1，Ff＝5N，因Ff′＝－5N，则A、B正确．‎ ‎5． 2020年9月25日，“神舟七号”载人飞船成功发射，设近地加速时，飞船以‎5g的加速度匀加速上升，g为重力加速度．则质量为m的宇航员对飞船底部的压力为 (　　)‎ A．6mg　　　　　　　　　 B．5mg C．4mg D．mg ‎[答案]　A ‎[解析]　以人为研究对象，进行受力分析，由牛顿第二定律可知，F－mg＝ma，则F＝m(g＋a)＝6mg，再由牛顿第三定律可知，人对飞船底部的压力为6mg.‎ ‎6．如图所示，在光滑水平面上有两个质量分别为m1和m2的物体A、B，m1>m2，A、B间水平连接着一轻质弹簧测力计．若用大小为F的水平力向右拉B，稳定后B的加速度大小为a1，弹簧测力计示数为F1；如果改用大小为F的水平力向左拉A，稳定后A的加速度大小为a2，弹簧测力计示数为F2.则以下关系式正确的是 (　　)‎ 当拉力作用于B时，对A有F1＝m‎1a1＝m‎1a 因m1>m2，所以F1>F2，选项A正确．‎ ‎7．(2020·广东省潮州市期中测试)质量为‎2kg的物体放在动摩擦因数μ＝0.1的水平面上，在水平拉力的作用下由静止开始运动，水平拉力做的功W和物体发生的位移s之间的关系如图所示，重力加速度g取‎10m/s2，则 (　　)‎ A．此物体在AB段做匀加速直线运动 B．此物体在AB段做匀速直线运动 C．此物体在OA段做匀加速直线运动 D．此物体在OA段做匀速直线运动 ‎[答案]　BC ‎[解析]　由题中图象得：此物体在OA段所受的水平拉力为F1＝＝5N，在AB段所受的水平拉力为F2＝＝2N；物体所受滑动摩擦力为Ff ‎＝μmg＝2N，所以此物体在AB段做匀速直线运动，选项B正确；此物体在OA段做匀加速直线运动，选项C正确．‎ ‎8．如图所示，质量相同的木块A、B用轻弹簧连接置于光滑的水平面上，开始弹簧处于自然状态，现用水平恒力F推木块A，则从开始到弹簧第一次被压缩到最短的过程中，以下说法正确的是 (　　)‎ A．两木块速度相同时，加速度aA＝aB B．两木块速度相同时，加速度aAvB ‎[答案]　BD ‎[解析]　显然在弹簧压缩到最短的过程中，A所受到的合外力变小，所以aA减小，B所受到的合外力变大，所以aB增大，在v－t图象中，a就是图线切线的斜率，又因为两物体开始速度均为0，所以，所画A、B的v－t图象如图所示．‎ 显然，在t1时刻vA>vB，但由于在该时刻图线斜率相同(切线平行)∴aA＝aB，在t2时刻vA＝vB，但加速度显然有aAa1，‎ 即>，‎ 解得F>μ(M＋m)g＝20N.‎ ‎(2)设m在M上面滑行的时间为t，恒力F＝22.8N，木板的加速度a2＝＝‎4.7m/s2，小滑块在时间t内运动位移s1＝a1t2，木板在时间t内运动的位移s2＝a2t2，又s2－s1＝L，解得t＝2s. ‎