對(duì)點(diǎn)練1 動(dòng)力學(xué)圖像問(wèn)題
1.(2024·江蘇泰州高三期中)在平直公路上,汽車(chē)由靜止開(kāi)始做勻加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)速度達(dá)到某一值時(shí),立即關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)滑行至停止,其v-t圖像,如圖1所示,汽車(chē)的牽引力為F,運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的阻力恒為f,則下列關(guān)系中正確的是( )
圖1
A.F∶f=1∶4B.F∶f=4∶1
C.F∶f=1∶3D.F∶f=3∶1
2.(2024·云南玉溪高三檢測(cè))如圖2甲所示,一輕質(zhì)彈簧的下端固定在水平面上,上端放置一物體(物體與彈簧不拴接),初始時(shí)物體處于靜止?fàn)顟B(tài),現(xiàn)用豎直向上的拉力F作用在物體上,使物體開(kāi)始向上做勻加速運(yùn)動(dòng),拉力F與物體位移s的關(guān)系如圖乙所示(g=10 m/s2),則下列結(jié)論正確的是( )
圖2
A.物體與彈簧分離時(shí),彈簧處于壓縮狀態(tài)
B.彈簧的勁度系數(shù)為7.5 N/cm
C.物體的質(zhì)量為3 kg
D.物體的加速度大小為5 m/s2
3.(2024·廣東清遠(yuǎn)月考)物塊靜止在粗糙的水平面上,從某時(shí)刻開(kāi)始給物塊施加一不斷增大的水平拉力F,物塊的加速度a隨拉力F變化的圖像如圖3所示。假設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,重力加速度g取10 m/s2,下列說(shuō)法中正確的是( )
圖3
A.物塊的質(zhì)量為2 kg
B.物塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.1
C.物塊與水平面間的最大靜摩擦力大小為1.5 N
D.當(dāng)F=3.5 N時(shí),物塊的加速度大小為1.5 m/s2
對(duì)點(diǎn)練2 動(dòng)力學(xué)的連接體問(wèn)題
4.(2023·北京卷,6)如圖4所示,在光滑水平地面上,兩相同物塊用細(xì)線相連,兩物塊質(zhì)量均為1 kg,細(xì)線能承受的最大拉力為2 N。若在水平拉力F作用下,兩物塊一起向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。則F的最大值為( )
圖4
A.1 NB.2 N
C.4 ND.5 N
5.一列車(chē)由40節(jié)質(zhì)量相等的車(chē)廂組成,在車(chē)頭牽引下,列車(chē)沿平直軌道勻加速行駛時(shí),第2節(jié)對(duì)第3節(jié)車(chē)廂的牽引力為F。若每節(jié)車(chē)廂所受摩擦力、空氣阻力均相等,則倒數(shù)第3節(jié)對(duì)倒數(shù)第2節(jié)車(chē)廂的牽引力為( )
A.FB.eq \f(19F,20)
C.eq \f(F,19)D.eq \f(F,20)
6.如圖5,一不可伸長(zhǎng)的足夠長(zhǎng)輕繩跨過(guò)懸掛的光滑輕質(zhì)定滑輪,兩端系有質(zhì)量分別為0.3 kg和0.2 kg的球a、b??刂魄騛靜止在離地面高h(yuǎn)=49 cm的A處,輕繩拉緊,取重力加速度g=10 m/s2?,F(xiàn)由靜止釋放小球,不計(jì)空氣阻力,則( )
圖5
A.a球落地前,加速度大小為1 m/s2
B.a球運(yùn)動(dòng)到地面所用時(shí)間為0.5 s
C.a球落至地面時(shí)的速度大小為1.6 m/s
D.繩子中張力大小為2.4 N
對(duì)點(diǎn)練3 動(dòng)力學(xué)中的臨界和極值問(wèn)題
7.(多選)在水平直軌道上運(yùn)動(dòng)的火車(chē)車(chē)廂內(nèi)有一個(gè)傾角為30°的斜面,如圖6所示。小球的重力、繩對(duì)球的拉力、斜面對(duì)小球的彈力分別用G、T、FN表示,當(dāng)火車(chē)以加速度a向右加速運(yùn)動(dòng)時(shí),則( )
圖6
A.若a=20 m/s2,小球受G、T、FN三個(gè)力的作用
B.若a=20 m/s2,小球只受G、T兩個(gè)力的作用
C.若a=10 m/s2,小球只受G、T兩個(gè)力的作用
D.若a=10 m/s2,小球受G、T、FN三個(gè)力的作用
8.(2021·全國(guó)甲卷,14)如圖7,將光滑長(zhǎng)平板的下端置于鐵架臺(tái)水平底座上的擋板P處,上部架在橫桿上。橫桿的位置可在豎直桿上調(diào)節(jié),使得平板與底座之間的夾角θ可變。將小物塊由平板與豎直桿交點(diǎn)Q處?kù)o止釋放,物塊沿平板從Q點(diǎn)滑至P點(diǎn)所用的時(shí)間t與夾角θ的大小有關(guān)。若θ由30°逐漸增大至60°,物塊的下滑時(shí)間t將( )
圖7
A.逐漸增大B.逐漸減小
C.先增大后減小D.先減小后增大
B級(jí) 綜合提升練
9.(多選)(2024·湖北武漢模擬)如圖8甲所示,足夠長(zhǎng)的軌道固定在水平桌面上,一條跨過(guò)光滑定滑輪的輕質(zhì)細(xì)繩兩端分別連接物塊P和Q。改變物塊P的質(zhì)量,可以得到物塊Q運(yùn)動(dòng)的加速度a和繩中拉力F的關(guān)系圖像如圖乙所示。關(guān)于此運(yùn)動(dòng)的分析,下列說(shuō)法正確的是( )
圖8
A.繩中拉力大小等于物塊P的重力大小
B.軌道不可能是水平的
C.物塊Q的質(zhì)量為0.5 kg
D.物塊Q受到軌道的摩擦力大小為1 N
10.如圖9所示,水平面上O點(diǎn)的左側(cè)光滑,O點(diǎn)的右側(cè)粗糙。有8個(gè)質(zhì)量均為m的完全相同的小滑塊(可視為質(zhì)點(diǎn)),用輕質(zhì)的細(xì)桿相連,相鄰小滑塊間的距離為L(zhǎng),滑塊1恰好位于O點(diǎn)左側(cè),滑塊2、3……依次沿直線水平向左排開(kāi)?,F(xiàn)將水平恒力F作用于滑塊1上,經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn),在第3個(gè)小滑塊完全進(jìn)入粗糙地帶后到第4個(gè)小滑塊進(jìn)入粗糙地帶前這一過(guò)程中,小滑塊做勻速直線運(yùn)動(dòng),已知重力加速度為g,則下列判斷中正確的是( )
圖9
A.粗糙地帶與滑塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)為eq \f(F,mg)
B.滑塊勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),各段輕桿上的彈力大小相等
C.第2個(gè)小滑塊完全進(jìn)入粗糙地帶到第3個(gè)小滑塊進(jìn)入粗糙地帶前這一過(guò)程中,8個(gè)小滑塊的加速度大小為eq \f(F,12m)
D.第1個(gè)小滑塊完全進(jìn)入粗糙地帶到第2個(gè)小滑塊進(jìn)入粗糙地帶前這一過(guò)程中,5和6兩個(gè)小滑塊之間的輕桿上的彈力大小為eq \f(F,4)
11.(2024·山東濰坊模擬)如圖10所示,一兒童玩具靜止在水平地面上,一幼兒用與水平面成30°角的恒力拉著它沿水平面運(yùn)動(dòng),已知拉力F=6.5 N,玩具的質(zhì)量m=1 kg。經(jīng)過(guò)時(shí)間t=2.0 s,玩具移動(dòng)了距離s=2eq \r(3) m,這時(shí)幼兒松開(kāi)手,玩具又滑行了一段距離后停下(取g=10 m/s2)。求:
圖10
(1)玩具與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù);
(2)松開(kāi)手后玩具還能滑行多遠(yuǎn)?
(3)幼兒要拉動(dòng)玩具,拉力F與水平面間的夾角為多大時(shí)最省力?
C級(jí) 培優(yōu)加強(qiáng)練
12.如圖11所示,一彈簧一端固定在傾角為θ=37°的足夠長(zhǎng)的光滑固定斜面的底端,另一端拴住質(zhì)量為m1=6 kg的物體P,Q為一質(zhì)量為m2=10 kg的物體,彈簧的質(zhì)量不計(jì),勁度系數(shù)k=600 N/m,系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)。現(xiàn)給物體Q施加一個(gè)方向沿斜面向上的力F,使它從靜止開(kāi)始沿斜面向上做勻加速運(yùn)動(dòng),已知在前0.2 s時(shí)間內(nèi),F(xiàn)為變力,0.2 s以后F為恒力,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,g取10 m/s2。求:
圖11
(1)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí),彈簧的壓縮量x0;
(2)物體Q從靜止開(kāi)始沿斜面向上做勻加速運(yùn)動(dòng)的加速度大小a;
(3)力F的最大值與最小值。
參考答案
專(zhuān)題強(qiáng)化練四 牛頓運(yùn)動(dòng)定律的綜合應(yīng)用
——?jiǎng)恿W(xué)圖像、連接體及臨界極值問(wèn)題
1.B [由題圖可知,在0~1 s內(nèi),根據(jù)汽車(chē)的受力及牛頓第二定律可知F-f=ma1,在1~4 s內(nèi),有f=ma2,又由圖可知eq \f(a1,a2)=eq \f(3,1),可得eq \f(F,f)=eq \f(4,1),故B正確。]
2.D [物體與彈簧分離時(shí),二者沒(méi)有相互作用力,所以彈簧處于原長(zhǎng),A錯(cuò)誤;物體不受拉力時(shí),有mg=kx0;物體與彈簧一起向上勻加速時(shí),根據(jù)牛頓第二定律得F+k(x0-s)-mg=ma,聯(lián)立得F=ks+ma,可知題圖乙中圖線斜率表示勁度系數(shù),可得k=5 N/cm,B錯(cuò)誤;s≥4 cm后,物體與彈簧脫離,根據(jù)牛頓第二定律有30 N-mg=ma,且由縱軸截距知10 N=ma,聯(lián)立解得m=2 kg,a=5 m/s2,C錯(cuò)誤,D正確。]
3.D [由牛頓第二定律可知F-μmg=ma,可得a=eq \f(1,m)F-μg,將F1=3 N,a1=1 m/s2和F2=4 N,a2=2 m/s2代入,聯(lián)立可得m=1 kg,μ=0.2,A、B錯(cuò)誤;物塊與水平面間的最大靜摩擦力為f=μmg=2 N,C錯(cuò)誤;由牛頓第二定律可知F-f=ma,代入數(shù)據(jù)解得a=1.5 m/s2,D正確。]
4.C [對(duì)兩物塊整體受力分析,有F=2ma,對(duì)后面的物塊,有T=ma,聯(lián)立得F=2T,而細(xì)線能承受的最大拉力Tmax=2 N,故F的最大值為Fmax=4 N,故C正確。]
5.C [設(shè)列車(chē)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度為a,將后面的38節(jié)車(chē)廂作為一個(gè)整體進(jìn)行分析,設(shè)每節(jié)車(chē)廂的質(zhì)量均為m,每節(jié)車(chē)廂所受的摩擦力和空氣阻力的合力大小均為f,則有F-38f=38ma;將最后面的2節(jié)車(chē)廂作為一個(gè)整體進(jìn)行分析,設(shè)倒數(shù)第3節(jié)車(chē)廂對(duì)倒數(shù)第2節(jié)車(chē)廂的牽引力為F′,則有F′-2f=2ma,聯(lián)立解得F′=eq \f(1,19)F,C正確,A、B、D錯(cuò)誤。]
6.D [a球落地前,對(duì)a、b球整體根據(jù)牛頓第二定律有mag-mbg=(ma+mb)a,解得a=2 m/s2,故A錯(cuò)誤;根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式h=eq \f(1,2)at2可得,a球運(yùn)動(dòng)到地面所用時(shí)間為t=eq \r(\f(2h,a))=0.7 s,故B錯(cuò)誤;a球落至地面時(shí)的速度大小為v=at=1.4 m/s,故C錯(cuò)誤;對(duì)a球,根據(jù)牛頓第二定律有mag-T=maa,解得繩子中張力大小為T(mén)=2.4 N,故D正確。]
7.BD [設(shè)火車(chē)加速度為a0時(shí),小球剛好對(duì)斜面沒(méi)有壓力,對(duì)小球,根據(jù)牛頓第二定律可得eq \f(mg,tan 30°)=ma0,解得a0=10eq \r(3) m/s2≈17 m/s2。若a=20 m/s2,可知小球已經(jīng)離開(kāi)斜面,小球受到重力和繩子拉力兩個(gè)力的作用,A錯(cuò)誤,B正確;若a=10 m/s2,可知小球還沒(méi)有離開(kāi)斜面,小球受到重力、繩子拉力和斜面支持力三個(gè)力的作用,C錯(cuò)誤,D正確。]
8.D [設(shè)P點(diǎn)與豎直桿的距離為l,則PQ=eq \f(l,cs θ)。對(duì)物塊,根據(jù)牛頓第二定律,有mgsin θ=ma,解得a=gsin θ,由s=eq \f(1,2)at2,得eq \f(l,cs θ)=eq \f(1,2)gsin θ·t2,解得t=eq \r(\f(4l,gsin 2θ)),當(dāng)2θ=90°,即θ=45°時(shí),t最小,由題知θ從30°增大到60°,則物塊的下滑時(shí)間先減小后增大,選項(xiàng)D正確。]
9.BC [物塊P有向下的加速度,根據(jù)牛頓第二定律可知,繩對(duì)P的拉力大小小于物塊P的重力大小,故A錯(cuò)誤;從a-F圖像看出,當(dāng)拉力等于零時(shí),物塊Q的加速度大小為2 m/s2,說(shuō)明軌道不是水平的,故B正確;設(shè)物塊Q的質(zhì)量為m,Q在運(yùn)動(dòng)方向上除了拉力F,設(shè)其他力合力大小為F1,根據(jù)牛頓第二定律得F+F1=ma,變形得a=eq \f(1,m)F+eq \f(F1,m),圖線的斜率k=eq \f(1,m)=2 kg-1,解得m=0.5 kg,故C正確;由圖線與縱軸的交點(diǎn)可知F1=ma1=0.5 kg×2 m/s2=1 N,結(jié)合B項(xiàng)分析可知,1 N并非物塊Q受到的摩擦力,故D錯(cuò)誤。]
10.D [小滑塊勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),有F=3μmg,所以μ=eq \f(F,3mg),A錯(cuò)誤;小滑塊勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度為零,后邊5根輕桿上的彈力均為零,但2、3間,1、2間輕桿上彈力不為零,B錯(cuò)誤;第2個(gè)小滑塊完全進(jìn)入到第3個(gè)小滑塊進(jìn)入粗糙地帶之前,由牛頓第二定律得F-2μmg=8ma2,則a2=eq \f(F,24m),C錯(cuò)誤;第1個(gè)小滑塊完全進(jìn)入粗糙地帶到第2個(gè)小滑塊進(jìn)入粗糙地帶之前,由牛頓第二定律得F-μmg=8ma1,取6、7、8小滑塊為一系統(tǒng),由牛頓第二定律得F彈=3ma1,聯(lián)立解得F彈=eq \f(F,4),D正確。]
11.(1)eq \f(\r(3),3) (2)1.04 m (3)30°
解析 (1)玩具沿水平地面做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng),由位移公式有s=eq \f(1,2)at2
解得a=eq \r(3) m/s2
對(duì)玩具由牛頓第二定律得Fcs 30°-μ(mg-Fsin 30°)=ma
解得μ=eq \f(\r(3),3)。
(2)松手時(shí),玩具的速度v=at=2eq \r(3) m/s
松手后,由牛頓第二定律得μmg=ma′
解得a′=eq \f(10\r(3),3) m/s2
由勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度與位移公式得
松手后玩具的位移s′=eq \f(0-v2,-2a′)=eq \f(3\r(3),5) m≈1.04 m。
(3)設(shè)拉力F與水平方向間的夾角為θ,玩具要在水平面上運(yùn)動(dòng),則
Fcs θ-f>0
f=μFN
在豎直方向上,由平衡條件得
FN+Fsin θ=mg
解得F>eq \f(μmg,cs θ+μsin θ)
cs θ+μsin θ=eq \r(1+μ2)sin(60°+θ)
則當(dāng)θ=30°時(shí),拉力最小,最省力。
12.(1)0.16 m (2)eq \f(10,3) m/s2 (3)eq \f(280,3) N eq \f(160,3) N
解析 (1)設(shè)開(kāi)始時(shí)彈簧的壓縮量為x0,對(duì)P、Q整體受力分析,平行斜面方向有
(m1+m2)gsin θ=kx0
解得x0=0.16 m。
(2)前0.2 s時(shí)間內(nèi)F為變力,之后為恒力,則0.2 s時(shí)刻兩物體分離,此時(shí)P、Q之間的彈力為零且加速度大小相等,設(shè)此時(shí)彈簧的壓縮量為x1,對(duì)物體P,由牛頓第二定律得
kx1-m1gsin θ=m1a
前0.2 s時(shí)間內(nèi)兩物體的位移x0-x1=eq \f(1,2)at2
聯(lián)立解得a=eq \f(10,3) m/s2。
(3)對(duì)兩物體受力分析知,開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)F最小,分離時(shí)F最大,則
Fmin=(m1+m2)a=eq \f(160,3) N
對(duì)Q應(yīng)用牛頓第二定律得Fmax-m2gsin θ=m2a
解得Fmax=eq \f(280,3) N。

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