2023屆高考物理一輪復(fù)習(xí)課時(shí)跟蹤檢測(cè)（十一）牛頓運(yùn)動(dòng)定律的綜合應(yīng)用（卷Ⅱ）（普通班）

課時(shí)跟蹤檢測(cè)〔十一〕牛頓運(yùn)動(dòng)定律的綜合應(yīng)用〔卷Ⅱ〕[B級(jí)——中檔題目練通抓牢]★1.(2023·淮安期末)將質(zhì)量為m的圓環(huán)套在固定的水平直桿上，環(huán)的直徑略大于桿的截面直徑，環(huán)與桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，對(duì)環(huán)施加一位于豎直平面內(nèi)斜向上且與桿夾角為θ的拉力F，使圓環(huán)以加速度a沿桿運(yùn)動(dòng)，那么F的大小不可能是()A.eq\f(ma＋μmg,cosθ＋μsinθ)B.eq\f(ma－μmg,cosθ－μsinθ)C.eq\f(ma,sinθ)D.eq\f(mg,sinθ)解析：選C對(duì)環(huán)受力分析，受重力、拉力，還可能受彈力和摩擦力。其中彈力可能向上，也可能向下，也可能等于0。(1)假設(shè)環(huán)受到的彈力為0，那么：Fcosθ＝ma，F(xiàn)sinθ＝mg解得：F＝eq\f(mg,sinθ)或F＝eq\f(ma,cosθ)。(2)假設(shè)環(huán)受到的彈力的方向向上，那么：Fcosθ－μ(mg－Fsinθ)＝ma所以：F＝eq\f(ma＋μmg,cosθ＋μsinθ)。(3)假設(shè)環(huán)受到的彈力的方向向下，那么：Fcosθ－μ(Fsinθ－mg)＝ma所以：F＝eq\f(ma－μmg,cosθ－μsinθ)。所以選項(xiàng)A、B、D是可能的，選項(xiàng)C是不可能的。★2.(2023·廣西桂林十八中模擬)如下圖，斜面體A上的物塊P，用平行于斜面體的輕彈簧拴接在擋板B上，在物塊P上施加水平向右的推力F，整個(gè)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A．物塊P與斜面之間一定存在摩擦力B．輕彈簧一定被拉長(zhǎng)C．地面對(duì)斜面體A一定存在摩擦力D．假設(shè)增大推力F，那么彈簧彈力一定減小解析：選C假設(shè)物塊P受到彈簧的拉力與物塊的重力沿斜面向下的分力及推力F、支持力平衡，那么不受摩擦力，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；假設(shè)物塊P受到支持力與物塊的重力沿斜面向下的分力及推力F三力平衡，那么無(wú)彈簧彈力，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；物塊P、斜面體A及彈簧相對(duì)靜止，可看成一整體，受到的地面的摩擦力等于推力F，選項(xiàng)C正確；增大推力F，根據(jù)物塊P與斜面之間可能存在的靜摩擦力的特點(diǎn)，即0≤f≤fm，判斷彈簧彈力減小、不變或者增大都有可能，選項(xiàng)D錯(cuò)誤?！?.如下圖，傳送帶沿逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)。木塊a、b用細(xì)線連接，用平行于傳送帶的細(xì)線拉住a，兩木塊處于靜止?fàn)顟B(tài)。關(guān)于木塊受力個(gè)數(shù)，正確的選項(xiàng)是()A．a(chǎn)受4個(gè)力，b受5個(gè)力 B．a(chǎn)受4個(gè)力，b受4個(gè)力C．a(chǎn)受5個(gè)力，b受5個(gè)力 D．a(chǎn)受5個(gè)力，b受4個(gè)力解析：選D先對(duì)木塊b受力分析，受重力、支持力、細(xì)線的拉力和沿著斜面向下的滑動(dòng)摩擦力，共4個(gè)力；再對(duì)木塊a受力分析，受重力、支持力、兩側(cè)細(xì)線的兩個(gè)拉力和沿著斜面向下的滑動(dòng)摩擦力，共5個(gè)力；故A、B、C錯(cuò)誤，D正確。4．[多項(xiàng)選擇]如圖甲所示，用粘性材料粘在一起的A、B兩物塊靜止于光滑水平面上，兩物塊的質(zhì)量分別為mA＝1kg、mB＝2kg，當(dāng)A、B之間產(chǎn)生拉力且大于0.3N時(shí)A、B將會(huì)別離。t＝0時(shí)刻開(kāi)始對(duì)物塊A施加一水平推力F1，同時(shí)對(duì)物塊B施加同一方向的拉力F2，使A、B從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中F1、F2方向保持不變，F(xiàn)1、F2的大小隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示。那么以下關(guān)于A、B兩物塊受力及運(yùn)動(dòng)情況的分析，正確的選項(xiàng)是()A．t＝2.0s時(shí)刻A、B之間作用力大小為0.6NB．t＝2.0s時(shí)刻A、B之間作用力為零C．t＝2.5s時(shí)刻A對(duì)B的作用力方向向左D．從t＝0時(shí)刻到A、B別離，它們運(yùn)動(dòng)的位移為5.4m解析：選AD設(shè)t時(shí)刻A、B別離，別離之前A、B共同運(yùn)動(dòng)，加速度為a，以整體為研究對(duì)象，那么有：a＝eq\f(F1＋F2,mA＋mB)＝eq\f(3.6＋0,1＋2)m/s2＝1.2m/s2，別離時(shí)：F2－Ff＝mBa，得：F2＝Ff＋mBa＝0.3N＋2×1.2N＝2.7N，經(jīng)歷時(shí)間：t＝eq\f(4,3.6)×2.7s＝3s，根據(jù)位移公式：x＝eq\f(1,2)at2＝5.4m，那么D正確；當(dāng)t＝2s時(shí)，F(xiàn)2＝1.8N，F(xiàn)2＋Ff＝mBa，得：Ff＝mBa－F2＝0.6N，A正確，B錯(cuò)誤；當(dāng)t＝2.5s時(shí)，F(xiàn)2＝2.25N，F(xiàn)2＋Ff＝mBa，得：Ff＝mBa－F2>0，A對(duì)B的作用力方向向右，C錯(cuò)誤?！?.[多項(xiàng)選擇](2023·湖南衡陽(yáng)模擬)如圖，將小砝碼置于桌面上的薄紙板上，用水平向右的拉力將紙板迅速抽出，砝碼的移動(dòng)很小。這就是大家熟悉的慣性演示實(shí)驗(yàn)。假設(shè)砝碼和紙板的質(zhì)量分別為M和m。各接觸面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ，砝碼與紙板左端的距離及桌面右端的距離均為d?，F(xiàn)用水平向右的恒定拉力F拉動(dòng)紙板，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A．紙板相對(duì)砝碼運(yùn)動(dòng)時(shí)，紙板所受摩擦力的大小為μ(M＋m)gB．要使紙板相對(duì)砝碼運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)一定大于2μ(M＋m)gC．假設(shè)砝碼與紙板別離時(shí)的速度小于eq\r(μgd)，砝碼不會(huì)從桌面上掉下D．當(dāng)F＝μ(2M＋3m)解析：選BC對(duì)紙板分析，當(dāng)紙板相對(duì)砝碼運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受的摩擦力為f2＝μ(M＋m)g＋μMg，故A錯(cuò)誤；設(shè)砝碼的加速度為a1，紙板的加速度為a2，那么有：f1＝Ma1，F(xiàn)－f1－f2＝ma2，發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)需要a2>a1，代入條件解得：F>2μ(M＋m)g，故B正確；假設(shè)砝碼與紙板別離時(shí)的速度小于eq\r(μgd)，砝碼勻加速運(yùn)動(dòng)的位移小于eq\f(v2,2a1)＝eq\f(μgd,2μg)＝eq\f(d,2)，勻減速運(yùn)動(dòng)的位移小于eq\f(v2,2a1)＝eq\f(μgd,2μg)＝eq\f(d,2)，那么位移小于d，不會(huì)從桌面掉下，故C正確；當(dāng)F＝μ(2M＋3m)g時(shí)，砝碼未脫離紙板時(shí)的加速度a1＝μg，紙板的加速度a2＝eq\f(F－μm＋Mg－μMg,m)＝2μg，根據(jù)eq\f(1,2)a2t2－eq\f(1,2)a1t2＝d，解得t＝eq\r(\f(2d,μg))，那么此時(shí)砝碼的速度v＝a1t＝eq\r(2μgd)，砝碼脫離紙板后做勻減速運(yùn)動(dòng)，勻減速運(yùn)動(dòng)的加速度大小a′＝μg，那么勻減速運(yùn)動(dòng)的位移為eq\f(v2,2a′)＝eq\f(2μgd,2μg)＝d，而勻加速運(yùn)動(dòng)的位移x′＝eq\f(1,2)a1t2＝d，可知砝碼恰好離開(kāi)桌面，故D錯(cuò)誤。6.如下圖，一直立的輕質(zhì)薄空心圓管長(zhǎng)為L(zhǎng)，在其上下端開(kāi)口處各安放有一個(gè)質(zhì)量分別為m和2m的圓柱形物塊A、B，A、B緊貼管的內(nèi)壁，厚度不計(jì)。A、B與管內(nèi)壁間的最大靜摩擦力分別是f1＝mg、f2＝2mg，且設(shè)滑動(dòng)摩擦力與最大靜摩擦力大小相等。管下方存在這樣一個(gè)區(qū)域：當(dāng)物塊A進(jìn)入該區(qū)域時(shí)受到一個(gè)豎直向上的恒力F作用，而B(niǎo)在該區(qū)域運(yùn)動(dòng)時(shí)不受它的作用，PQ、MN是該區(qū)域的上下水平邊界，高度差為H(L>2H)?，F(xiàn)讓管的下端從距上邊界PQ高H處由靜止釋放，重力加速度為g。(1)為使A、B間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，求F應(yīng)滿足的條件。(2)假設(shè)F＝3mg，求物塊A到達(dá)下邊界MN時(shí)A、B間的距離。解析：(1)設(shè)A、B與管不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)的共同加速度為a，A與管間的靜摩擦力為fA。對(duì)A、B整體有3mg－F＝3ma，對(duì)A有mg＋fA－F＝ma，并且fA≤f1，聯(lián)立解得F≤eq\f(3,2)mg。(2)A到達(dá)上邊界PQ時(shí)的速度vA＝eq\r(2gH)。當(dāng)F＝3mg時(shí)，可知A相對(duì)于圓管向上滑動(dòng)，設(shè)A的加速度為a1，那么有mg＋f1－F＝ma1，解得a1＝－g。A向下減速運(yùn)動(dòng)的位移為H時(shí)，速度剛好減小到零，此過(guò)程運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t＝eq\r(\f(2H,g))。由于管的質(zhì)量不計(jì)，在此過(guò)程中，A對(duì)管的摩擦力與B對(duì)管的摩擦力方向相反，大小均為mg，B受到管的摩擦力小于2mg，那么B與圓管相對(duì)靜止，B和圓管整體受到重力和A對(duì)管的靜摩擦力作用以vA為初速度、以a2為加速度做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)牛頓第二定律可得a2＝eq\f(2mg－mg,2m)＝eq\f(g,2)。物塊A到達(dá)下邊界MN時(shí)A、B之間的距離為ΔL＝L－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(vAt＋\f(1,2)a2t2－H))＝L－eq\f(3,2)H。答案：(1)F≤eq\f(3,2)mg(2)L－eq\f(3,2)H[C級(jí)——難度題目自主選做]7．(2023·江西玉山一中第二次月考)圖甲中，質(zhì)量為m1＝1kg的物塊疊放在質(zhì)量為m2＝3kg的木板右端。木板足夠長(zhǎng)，放在光滑的水平地面上，木板與物塊之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ1＝0.2，整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)始時(shí)靜止，重力加速度g＝10m/s2。(1)在木板右端施加水平向右的拉力F，為使木板和物塊發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，拉力F至少應(yīng)為多大？(2)在0～4s內(nèi)，假設(shè)拉力F的變化如圖乙所示，2s后木板進(jìn)入μ2＝0.25的粗糙水平面，在圖丙中畫(huà)出0～4s內(nèi)木板和物塊的v-t圖像，并求出0～4s內(nèi)物塊相對(duì)木板的位移大小。解析：(1)把物塊和木板看做整體，由牛頓第二定律得：F＝(m1＋m2)a，對(duì)物塊分析，物塊與木板將要相對(duì)滑動(dòng)時(shí)有μ1m1g＝聯(lián)立解得F＝μ1(m1＋m2)g＝8N。(2)物塊在0～2s內(nèi)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律有：μ1m1g＝m解得a1＝2m/s2，2s末物塊的速度為v1＝a1t1＝2×2m/s＝4m/s。木板在0～1s內(nèi)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律有：F1－μ1m1g＝m解得a2＝4m/s2。1s末木板的速度v1′＝a2t2＝4×1m/s＝4m/s。在1～2s內(nèi)F2＝μ1m木板做勻速運(yùn)動(dòng)，速度為4m/s。2～4s內(nèi)如果物塊和木板一起減速運(yùn)動(dòng)，共同的加速度大小為a共＝eq\f(μ2m1＋m2g,m1＋m2)＝μ2g，m1的合力μ2m1g>fm＝所以物塊和木板相對(duì)滑動(dòng)2s后物塊做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律有：－μ1m1g＝m得：a3＝－2m/s2。速度從4m/s減至零的時(shí)間t3＝eq\f(0－v1,a3)＝eq\f(0－4,－2)s＝2s。木板做勻減速直線運(yùn)動(dòng)有：－μ2(m1＋m2)g＋μ1m1g＝m得：a4＝－eq\f(8,3)m/s2。速度從4m/s減至零的時(shí)間t4＝eq\f(0－v1′,a4)＝eq\f(－4,－\f(8,3))s＝1.5s。二者在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的v-t圖像如下圖(實(shí)線是木板的v-t圖像，虛線是物塊的v-t圖像)。0～2s內(nèi)物塊相對(duì)木板向左運(yùn)動(dòng)Δx1＝eq\f(1,2)a2t22＋(a2t2)(t1－t2)－eq\f(1,2)a1t12，2～4s內(nèi)物塊相對(duì)木板向右運(yùn)動(dòng)Δx2＝eq\f(－a1t12,2a3)－eq\f(－a2t22,2a4)，解得：Δx＝Δx1－Δx2＝1m。所以0～4s內(nèi)物塊相對(duì)木板的位移大小為Δx＝1m。答案：(1)8N(2)見(jiàn)解析圖1m★8．(2023·天津質(zhì)檢)水平傳送帶被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)場(chǎng)和火車(chē)站，對(duì)旅客的行李進(jìn)行平安檢查，如圖為一水平傳送帶裝置示意圖，繃緊的傳送帶AB始終保持1m/s的恒定速度運(yùn)行，一質(zhì)量為m＝4kg的行李無(wú)初速的放在A處，該行李與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.1，AB間的距離l＝2m，g取10m/s2，求：(1)行李從A運(yùn)送到B所用的時(shí)間t為多少；(2)電動(dòng)機(jī)運(yùn)送該行李需消耗的電能E為多少；(3)如果提高傳送帶的運(yùn)行速率，行李就能夠較快的傳送到B處，求行李從A處傳送到B處的最短時(shí)間和傳送帶對(duì)應(yīng)的最小運(yùn)行速率v′。解析：(1)行李輕放在傳送帶上，開(kāi)始是靜止的，行李受滑動(dòng)摩擦力而向右運(yùn)動(dòng)，設(shè)此時(shí)行李的加速度為a，由牛頓第二定律得μmg＝ma，a＝1.0m/s2設(shè)行李從速度為零運(yùn)動(dòng)至速度為1m/s所用的時(shí)間為t1，所通過(guò)的位移為s1，那么v＝at1，t1＝1s，s1＝eq\f(1,2)at12，s1＝0.5m行李速度到達(dá)1m/s后與皮帶保持相對(duì)靜止，一起做勻速運(yùn)動(dòng)，設(shè)所用時(shí)間為t2那么t2＝eq\f(l－s1,