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- 2021-05-13 发布
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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.