上海市2011-2020年高考物理试卷专项分类汇编之3—牛顿运动定律的应用（含答案及解析）
文档属性
| 名称 | 上海市2011-2020年高考物理试卷专项分类汇编之3—牛顿运动定律的应用（含答案及解析） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 280.0KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 沪科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-01-13 09:03:21 | ||
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文档简介
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上海市2011-2020年高考试卷分类汇编之3—
牛顿运动定律的应用
（1）超重和失重现象
1.2016年上海卷7.在今年上海的某活动中引入了全国首个户外风洞飞行体验装置，体验者在风力作用下漂浮在半空。若减小风力，体验者在加速下落过程中
（A）失重且机械能增加 （B）失重且机械能减少
（C）超重且机械能增加 （D）超重且机械能减少
【答案】B
【解析】据题意，体验者漂浮时受到的重力和风力平衡；在加速下降过程中，风力小于重力，即重
力对体验者做正功，风力做负功，体验者的机械能减小；加速下降过程中，加速度方向向下，体验者处于失重状态，故选项B正确。
（2）整体法和隔离法
2. 2012年物理上海卷8．如图，光滑斜面固定于水平面，滑块A、B叠放后一起冲上斜面，且始终保持相对静止，A上表面水平。则在斜面上运动时，B受力的示意图为 （ ）
答案：A
解析：将A、B做为一个整体，则一起冲上斜面时，受重力及斜面的支持力，合力沿斜面向下，然后再用隔离体法，单独对B进行受力分析可知，B受摩擦力一定沿水平方向，且一定水平向左，竖直方向上重力大于支持力，这样才能使合力沿斜面向下，因此A正确。
3. 2016年上海卷4.如图，顶端固定着小球的直杆固定在小车上，当小车向右做匀加速运动时，球所受合外力的方向沿图中的
（A）OA方向 （B）OB方向
（C）OC方向 （D）OD方向
【答案】D
【解析】据题意可知，小车向右做匀加速直线运动，由于球固定在杆上，而杆固定在小车上，则三者属于同一整体，根据整体法和隔离法的关系分析可知，球和小车的加速度相同，所以球的加速度也应该向右，球所受的合力也向右，故选项D正确。
4. 2011年上海卷16．如图，在水平面上的箱子内，带异种电荷的小球a、b用绝缘细线分别系于上、下两边，处于静止状态。地面受到的压力为N，球b所受细线的拉力为F。剪断连接球b的细线后，在球b上升过程中地面受到的压力
A．小于N B．等于N
C．等于N+F D．大于N+F
答案：D
解析：本题考查牛顿定律。当剪断连接球b的细线后，b球向上加速运动，且加速度a越来越大，整体处于超重状态，且超重量越来越大。未剪断细线时由平衡条件，对系统整体：N＝(Ma＋Mb＋M箱)g，①式；对b球：F＋Mbg＝F库，②式；设此后地面对箱子的支持力为N ′，由系统整体牛顿第二定律可知：N ′－(Ma＋Mb＋M箱)g＝Ma×0＋Mba＋M箱×0＝Mba，③式；
剪断细线后对b球由牛顿第二定律：F库′－Mbg＝Mba，④式；
且此后由库仑定律可知小球受到的库仑力F库′ 越来越大，F库′＞F库，⑤式；
由①②③④⑤式联立解得：N ′＝N＋Mba＞N＋F，故此后在b球上升的过程中，箱子对地面的压力大小N ′ ＞N＋F，D对。
（3）牛顿运动定律的应用
5. 2014年物理上海卷21.牛顿第一定律表明，力是物体 发生变化的原因；该定律引出的一个重要概念是 。
【答案】运动状态；惯性
【解析】力的作用效果是改变物体的运动状态或使物体产生形变；牛顿第一定律通过实验总结出了力是改变物体运动状态的原因；从而引出一切物体都有保持原来运动状态的属性，即惯性。
6. 2012年物理上海卷30．（10分）
如图，将质量m=0.1kg的圆环套在固定的水平直杆上。环的直径略大于杆的截面直径。环与杆间动摩擦因数μ=0.8。对环施加一位于竖直平面内斜向上，与杆夹角θ=53°的拉力F，使圆环以a=4.4m/s2的加速度沿杆运动，求F的大小。
解析：令Fsin53＝mg，F＝1.25N，
当F＜1.25N时，杆对环的弹力向上，受力如答图a
由牛顿定律Fcos－FN＝ma，
FN＋Fsin＝mg，
得F＝1N，
当F＞1.25N时，杆对环的弹力向下，受力如答图b
由牛顿定律Fcos－FN＝ma，
Fsin＝mg＋FN，
解得F＝9N，
7. 2011年上海卷19．受水平外力F作用的物体，在粗糙水平面上作直线运动，其v-t 图线如图所示，则
A．在0~t1秒内，外力F大小不断增大
B．在t1时刻，外力F为零
C．在t1~t2秒内，外力F大小可能不断减小
D．在t1~t2秒内，外力F大小可能先减小后增大
答案：CD
解析：本题考查v－t 图象、牛顿第二定律。0~t1时间内，物体先做匀加速直线运动，然后做加速度减小的加速运动，由：F1－f＝ma1，a1先恒定后减小，可知外力先恒定后不断增大，A错；由图线斜率可知t1时刻的加速度几乎为零，故外力大小等于摩擦力大小，B错；t1~t2时间内，物体做加速度增大的减速运动，若外力方向向右，由：f－F2＝ma2，a2减小，可知外力逐渐增大；若外力方向向左，由：f＋F3＝ma2，a2减小，可知外力逐渐减小，故外力大小可能不断增大，也可能不断减小，C对D错。
8.2014年物理上海卷31. (12分)如图，水平地面上的矩形箱子内有一倾角为θ的固定斜面，斜面上放一质量为m的光滑球。静止时，箱子顶部与球接触但无压力。箱子由静止开始向右做匀加速运动，然后改做加速度大小为a的匀减速运动直至静止，经过的总路程为s，运动过程中的最大速度为v。
(1)求箱子加速阶段的加速度大小a'。
(2)若a>g tanθ，求减速阶段球受到箱子左壁和顶部的作用力。
【答案】（1）；（2）0 m(acotθ - g)
【解析】（1）设加速过程中加速度为a'，由匀变速运动公式
解得
（2）设球不受车厢作用，应满足Nsinθ=ma , Ncosθ=mg ,
解得a=gtanθ
减速时加速度由斜面支持力N与左壁支持力P共同决定，
当a>gtanθ时 P＝0
球受力如图。
由牛顿定律Nsinθ=ma , Ncosθ-Q=mg ,
解得Q=m(acotθ -g )
（4）力和运动
9. 2017年上海市学业水平考试6．一碗水置于火车车厢内的水平桌面上。当火车向右做匀减速运动时，水面形状接近于图（ ）
答案：A
10. 2011年上海卷31．（12分）如图，质量m=2kg的物体静止于水平地面的A处，A、B间距L=20m。用大小为30N，沿水平方向的外力拉此物体，经t0=2s拉至B处。（已知cos37?=0.8，sin37?=0.6。取g=10m/s2）
⑴求物体与地面间的动摩擦因数μ；
⑵用大小为30N，与水平方向成37°的力斜向上拉此物体，使物体从A处由静止开始运动并能到达B处，求该力作用的最短时间t。
解析：(1)物体做匀加速运动，∴，由牛顿第二定律，，∴。
(2)设作用的最短时间为，小车先以大小为的加速度匀加速秒，撤去外力后，以大小为，的加速度匀减速秒到达B处，速度恰为0，由牛顿定律
，
∴，
，
由于匀加速阶段的末速度即为匀减速阶段的初速度，因此有，∴ ，∴。
另解：设力F作用的最短时间为t，相应的位移为s，物体到达B处速度恰为0，由动能定理
，
∴，
由牛顿定律，
∴，
∵ ，。
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上海市2011-2020年高考试卷分类汇编之3—
牛顿运动定律的应用
（1）超重和失重现象
1.2016年上海卷7.在今年上海的某活动中引入了全国首个户外风洞飞行体验装置，体验者在风力作用下漂浮在半空。若减小风力，体验者在加速下落过程中
（A）失重且机械能增加 （B）失重且机械能减少
（C）超重且机械能增加 （D）超重且机械能减少
【答案】B
【解析】据题意，体验者漂浮时受到的重力和风力平衡；在加速下降过程中，风力小于重力，即重
力对体验者做正功，风力做负功，体验者的机械能减小；加速下降过程中，加速度方向向下，体验者处于失重状态，故选项B正确。
（2）整体法和隔离法
2. 2012年物理上海卷8．如图，光滑斜面固定于水平面，滑块A、B叠放后一起冲上斜面，且始终保持相对静止，A上表面水平。则在斜面上运动时，B受力的示意图为 （ ）
答案：A
解析：将A、B做为一个整体，则一起冲上斜面时，受重力及斜面的支持力，合力沿斜面向下，然后再用隔离体法，单独对B进行受力分析可知，B受摩擦力一定沿水平方向，且一定水平向左，竖直方向上重力大于支持力，这样才能使合力沿斜面向下，因此A正确。
3. 2016年上海卷4.如图，顶端固定着小球的直杆固定在小车上，当小车向右做匀加速运动时，球所受合外力的方向沿图中的
（A）OA方向 （B）OB方向
（C）OC方向 （D）OD方向
【答案】D
【解析】据题意可知，小车向右做匀加速直线运动，由于球固定在杆上，而杆固定在小车上，则三者属于同一整体，根据整体法和隔离法的关系分析可知，球和小车的加速度相同，所以球的加速度也应该向右，球所受的合力也向右，故选项D正确。
4. 2011年上海卷16．如图，在水平面上的箱子内，带异种电荷的小球a、b用绝缘细线分别系于上、下两边，处于静止状态。地面受到的压力为N，球b所受细线的拉力为F。剪断连接球b的细线后，在球b上升过程中地面受到的压力
A．小于N B．等于N
C．等于N+F D．大于N+F
答案：D
解析：本题考查牛顿定律。当剪断连接球b的细线后，b球向上加速运动，且加速度a越来越大，整体处于超重状态，且超重量越来越大。未剪断细线时由平衡条件，对系统整体：N＝(Ma＋Mb＋M箱)g，①式；对b球：F＋Mbg＝F库，②式；设此后地面对箱子的支持力为N ′，由系统整体牛顿第二定律可知：N ′－(Ma＋Mb＋M箱)g＝Ma×0＋Mba＋M箱×0＝Mba，③式；
剪断细线后对b球由牛顿第二定律：F库′－Mbg＝Mba，④式；
且此后由库仑定律可知小球受到的库仑力F库′ 越来越大，F库′＞F库，⑤式；
由①②③④⑤式联立解得：N ′＝N＋Mba＞N＋F，故此后在b球上升的过程中，箱子对地面的压力大小N ′ ＞N＋F，D对。
（3）牛顿运动定律的应用
5. 2014年物理上海卷21.牛顿第一定律表明，力是物体 发生变化的原因；该定律引出的一个重要概念是 。
【答案】运动状态；惯性
【解析】力的作用效果是改变物体的运动状态或使物体产生形变；牛顿第一定律通过实验总结出了力是改变物体运动状态的原因；从而引出一切物体都有保持原来运动状态的属性，即惯性。
6. 2012年物理上海卷30．（10分）
如图，将质量m=0.1kg的圆环套在固定的水平直杆上。环的直径略大于杆的截面直径。环与杆间动摩擦因数μ=0.8。对环施加一位于竖直平面内斜向上，与杆夹角θ=53°的拉力F，使圆环以a=4.4m/s2的加速度沿杆运动，求F的大小。
解析：令Fsin53＝mg，F＝1.25N，
当F＜1.25N时，杆对环的弹力向上，受力如答图a
由牛顿定律Fcos－FN＝ma，
FN＋Fsin＝mg，
得F＝1N，
当F＞1.25N时，杆对环的弹力向下，受力如答图b
由牛顿定律Fcos－FN＝ma，
Fsin＝mg＋FN，
解得F＝9N，
7. 2011年上海卷19．受水平外力F作用的物体，在粗糙水平面上作直线运动，其v-t 图线如图所示，则
A．在0~t1秒内，外力F大小不断增大
B．在t1时刻，外力F为零
C．在t1~t2秒内，外力F大小可能不断减小
D．在t1~t2秒内，外力F大小可能先减小后增大
答案：CD
解析：本题考查v－t 图象、牛顿第二定律。0~t1时间内，物体先做匀加速直线运动，然后做加速度减小的加速运动，由：F1－f＝ma1，a1先恒定后减小，可知外力先恒定后不断增大，A错；由图线斜率可知t1时刻的加速度几乎为零，故外力大小等于摩擦力大小，B错；t1~t2时间内，物体做加速度增大的减速运动，若外力方向向右，由：f－F2＝ma2，a2减小，可知外力逐渐增大；若外力方向向左，由：f＋F3＝ma2，a2减小，可知外力逐渐减小，故外力大小可能不断增大，也可能不断减小，C对D错。
8.2014年物理上海卷31. (12分)如图，水平地面上的矩形箱子内有一倾角为θ的固定斜面，斜面上放一质量为m的光滑球。静止时，箱子顶部与球接触但无压力。箱子由静止开始向右做匀加速运动，然后改做加速度大小为a的匀减速运动直至静止，经过的总路程为s，运动过程中的最大速度为v。
(1)求箱子加速阶段的加速度大小a'。
(2)若a>g tanθ，求减速阶段球受到箱子左壁和顶部的作用力。
【答案】（1）；（2）0 m(acotθ - g)
【解析】（1）设加速过程中加速度为a'，由匀变速运动公式
解得
（2）设球不受车厢作用，应满足Nsinθ=ma , Ncosθ=mg ,
解得a=gtanθ
减速时加速度由斜面支持力N与左壁支持力P共同决定，
当a>gtanθ时 P＝0
球受力如图。
由牛顿定律Nsinθ=ma , Ncosθ-Q=mg ,
解得Q=m(acotθ -g )
（4）力和运动
9. 2017年上海市学业水平考试6．一碗水置于火车车厢内的水平桌面上。当火车向右做匀减速运动时，水面形状接近于图（ ）
答案：A
10. 2011年上海卷31．（12分）如图，质量m=2kg的物体静止于水平地面的A处，A、B间距L=20m。用大小为30N，沿水平方向的外力拉此物体，经t0=2s拉至B处。（已知cos37?=0.8，sin37?=0.6。取g=10m/s2）
⑴求物体与地面间的动摩擦因数μ；
⑵用大小为30N，与水平方向成37°的力斜向上拉此物体，使物体从A处由静止开始运动并能到达B处，求该力作用的最短时间t。
解析：(1)物体做匀加速运动，∴，由牛顿第二定律，，∴。
(2)设作用的最短时间为，小车先以大小为的加速度匀加速秒，撤去外力后，以大小为，的加速度匀减速秒到达B处，速度恰为0，由牛顿定律
，
∴，
，
由于匀加速阶段的末速度即为匀减速阶段的初速度，因此有，∴ ，∴。
另解：设力F作用的最短时间为t，相应的位移为s，物体到达B处速度恰为0，由动能定理
，
∴，
由牛顿定律，
∴，
∵ ，。
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