2010-2012高考物理高频考点精选分类解析9 与牛顿运动定律相关的实际问题

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2010~2012高考物理高频考点精选分类解析
高频考点9 与牛顿运动定律相关的实际问题
1.（2012·江苏物理）如图所示，一夹子夹住木块，在力F作用下向上提升。夹子和木块的质量分别为m和M，夹子与木块两侧间的最大静摩擦力均为f。若木块不滑动，力F的最大值是
A．
B．
C．-(m+M)g
D． +(m+M)g
1.【答案】：A
【解析】：对整体，由牛顿第二定律，F-(m+M)g=(m+M)a，
隔离木块M，由牛顿第二定律，2f-Mg=Ma，
联立解得：F=，选项A正确。
【考点定位】此题考查整体法隔离法受力分析和牛顿第二定律。
2.（14分）
（2012·安徽理综） 质量为0.1 kg 的弹性球从空中某高度由静止开始下落，该下落过程对应的v-t图象如图所示。球与水平地面相碰后离开地面时的速度大小为碰撞前的3/4。该球受到的空气阻力大小恒为f，取=10 m/s2, 求：
（1）弹性球受到的空气阻力f的大小；
（2）弹性球第一次碰撞后反弹的高度h。
2.【答案】（1）f=0.2N。（2）h=m。
【解析】（1）设弹性球第一次下落过程中的加速度大小为a，由v-t图象知，加速度a1==8m/s2。
根据牛顿第二定律，得mg-f=ma1，
解得受到的空气阻力的大小f=0.2N。
（2）由v-t图象知，弹性球第一次到达地面时的速度大小为v1=4m/s。
设弹性球第一次离开地面时的速度大小为v2，则v2=3 v1/ 4=3 m/s。
第一次离开地面后，设上升过程中弹性球的加速度大小为a2，则mg+f=ma2，
解得a2=12m/s2。
于是有0- v22=-2 a2h，
解得碰撞后反弹的高度h=m。
【考点定位】此题考查v-t图象、牛顿第二定律及其相关知识。
3.(16分) （2012·浙江理综）为了研究鱼所受水的阻力与其形状的关系，小明同学用石蜡做成两条质量均为m、形状不同的“A鱼”和“B鱼”，如图所示。在高出水面H处分别静止释放“A鱼”和“B鱼”,“A鱼”竖直下潜hA后速度减小为零，“B鱼”竖直下潜hB后速度减小为零。“鱼” 在水中运动时，除受重力外，还受到浮力和水的阻力。已知“鱼”在水中所受浮力是其重力的 10/9 倍，重力加速度为g, “鱼”运动的位移值远大于“鱼”的长度。假设“鱼”运动时所受水的阻力恒定，空气阻力不计。求：
（1）“A鱼”入水瞬间的速度vA；
（2）“A鱼”在水中运动时所受阻力fA；
（3）“A鱼”和“B鱼”在水中运动时所受阻力之比fA∶fB 。
3.【解析】（1）“A鱼”入水前做自由落体运动，由vA2=2gH，
解得“A鱼”入水前瞬间的速度vA=。
（2）“A鱼”在水中运动时受重力、浮力、阻力作用，做匀减速运动，设加速度为aA，有
F合=F浮+fA-mg，
由牛顿第二定律，F合=maA。
0- vA2=-2aAhA，
由题意，F浮=mg。
联立解得所受阻力fA=mg(-)。
（3）考虑到 “B鱼”的受力运动情况与 “A鱼”相似，有
fB=mg(-)。
解得“A鱼”和“B鱼”在水中运动时所受阻力之比：=。
4．（19分）（2012·重庆理综）某校举行托乒乓球跑步比赛，赛道为水平直道，比赛距离为S。比赛时，某同学将球置于球拍中心，以大小为a的加速度从静止开始做匀加速直线运动，当速度达到v0时，再以v0做匀速直线运动跑至终点。整个过程中球一直保持在球拍中心不动。比赛中，该同学在匀速直线运动阶段保持球拍的倾角为θ0，如题25图所示。设球在运动中受到空气阻力大小与其速度大小成正比，方向与运动方向相反，不计球与球拍之间的摩擦，球的质量为m，重力加速度为g。
（1）求空气阻力大小与球速大小的比例系数；
（2）求在加速跑阶段球拍倾角随速度变化的关系式；
（3）整个匀速跑阶段，若该同学速度仍为v0，而球拍的倾角比θ0大了β并保持不变，不计球在球拍上的移动引起的空气阻力变化，为保证到达终点前球不从球拍上距离中心为r的下边沿掉落，求β应满足的条件。
4.【解析】：（1）在匀速运动阶段，有mgtanθ0=kv0，
解得：k=tanθ0。
（2）加速阶段，设球拍对球的支持力为N’，有N’sinθ-kv=ma，
N’cosθ=mg
联立解得：tanθ=+tanθ0。
（3）以v0做匀速直线运动时，设空气阻力与重力的合力为F，有
F=。
球拍倾角为θ0+β时，空气阻力与重力的合力不变，设球沿球拍面下滑的加速度大小为a’，有
Fsinβ=ma’，
设匀速跑阶段所用时间为t，有：t=-，
球不从球拍上掉落的条件为 a’t2≤r。
解得sinβ≤cosθ0。
【考点定位】此题考查平衡条件牛顿运动定律及其相关知识。