2023年高考物理專題集錦（一）牛頓運(yùn)動定律考查十大命題要點

2023年高考物理專題集錦（一）牛頓運(yùn)動定律考查十大命題要點PAGE牛頓運(yùn)動定律考查十大命題要點牛頓運(yùn)動定律是高中物理的核心知識，也是高考考查的重點。在最近幾年的高考試題中,單獨考查牛頓運(yùn)動定律或與牛頓運(yùn)動定律相關(guān)的考題都在3道以上。通過對相關(guān)考題分析研究，可以把牛頓運(yùn)動考題分析研究，歸納為十大命題要點。命題要點一:伽利略經(jīng)典實驗與牛頓第一定律【例1】伽利略開創(chuàng)了實驗研究和邏輯推理相結(jié)合探索物理規(guī)律的科學(xué)方法，利用這種方法伽利略發(fā)現(xiàn)的規(guī)律有〔〕A.力不是維持物體運(yùn)動的原因B.物體之間普遍存在相互吸引力C.忽略空氣阻力，重物與輕物下落得同樣快D.體間的相互作用力總是大小相等，方向相反【解析】利用實驗研究和邏輯推理相結(jié)合探索物理規(guī)律，伽利略利用“理想斜面實驗〞，通過推理得出“力不是維持物體運(yùn)動的原因〞；伽利略通過邏輯推理得出“忽略空氣阻力，重物與輕物下落得同樣快〞。【答案】AC【點評】伽利略經(jīng)典實驗主要有兩個:一個是伽利略關(guān)于自由落體運(yùn)動的研究。通過邏輯推理，得出在忽略空氣阻力的情況下，重物與輕物下落得同樣快。然后利用斜面來“沖淡〞重力，將斜面的傾角增大到90°，得出自由落體運(yùn)動是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動。另一個是利用“理想斜面實驗〞得出小球?qū)⒂肋h(yuǎn)運(yùn)動下去。命題要點二:作用力、反作用力與受力分析【例2】2022年11月4日0時25分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙運(yùn)載火箭成功將“中星2C〞衛(wèi)星發(fā)射升空，衛(wèi)星順利進(jìn)人預(yù)定轉(zhuǎn)移軌道，這是長征系列運(yùn)載火箭的第216次飛行。關(guān)于這次衛(wèi)星發(fā)射情景的表達(dá)正確的選項是()A.火箭尾部向下噴氣,噴出的氣體反過來對火箭產(chǎn)生一個反作用力,從而使火箭獲得了向上的推力B.火箭尾部向下噴出的氣體對空氣產(chǎn)生一個作用力，空氣的反作用力使火箭獲得了向上的推力C.火箭飛出大氣層后，由于沒有了空氣，火箭雖然向后噴氣，也無法獲得向前的動力D.衛(wèi)星進(jìn)人預(yù)定軌道后，衛(wèi)星與地球之間仍然存在—對作用力和反作用力【解析】火箭尾部向下噴氣，火箭與噴出的氣體是相互作用的兩個物體,火箭對噴出的氣體有向下的作用力，噴出的氣體對火箭有向上的作用力,使火箭向上做加速運(yùn)動，A項正確，B、C項錯誤；衛(wèi)星進(jìn)入預(yù)定軌道后，衛(wèi)星受到地球的吸引力，這個引力是衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動的向心力。根據(jù)牛頓第三定律，地球也受到衛(wèi)星對它的吸引力，即衛(wèi)星與地球之間仍然存在一對作用力和反作用力，D項正確?！敬鸢浮緼D【點評】牛頓第三定律適用于任何相互作用的物體，要注意作用力與反作用力的理解可歸結(jié)為：四同、兩異、三無關(guān)，四同指大小相等、共線、同性質(zhì)、同變化；兩異指異物、反向；三無關(guān)指與是否接觸無關(guān)、與物態(tài)無關(guān)、與物體的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)。命題要點三:輕彈簧模型與瞬時性問題【例3】如圖2所示，物塊a、b和c的質(zhì)量相同，a和b、b和c之間用完全相同的輕彈簧S1和S2相連，通過系在a上的細(xì)線懸掛于固定點0，整個系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)。現(xiàn)將細(xì)繩剪斷，將物塊的加速度記為a1，S1和S2相對原長的伸長量分別為△l1和△l2，重力加速度大小為g，在剪斷瞬間 〔〕A.a1=3g B.a1=0C.△l1=2△l2 D.△l1=△l2【解析】設(shè)物體的質(zhì)量為m,剪斷細(xì)繩前，對物塊b和c整體，由平衡條件可得，物塊ab之間的彈簧彈力F1=2mg根據(jù)胡克定律，F(xiàn)1=k△l1，解得△l1=2mg/k。對物塊C，由平衡條件可得，物塊bc之間的彈簧彈力F2=2mg。根據(jù)胡克定律，F(xiàn)2=k△l2，解得△l2=mg/k。剪斷細(xì)繩的瞬間，細(xì)繩中拉力消失，而物塊a、b下面的彈簧彈力不能發(fā)生突變，即△l1、△l2，不變。所以，△l1=2△l2，C項正確,D項錯誤；對物塊a由牛頓第二定律得，mg+F1=ma1，解得a1=3g。A項正確，B項錯誤?！敬鸢浮緼C 【點評】對于輕彈簧或橡皮筋類，假設(shè)釋放端未連接物體，那么輕彈簧的彈力可突變?yōu)榱?；假設(shè)釋放端連接物體，那么輕彈簧的彈力布能發(fā)生突變，釋放瞬間其彈力不變。命題要點四:超重、失重與加速度方向判斷【例4】安擻合肥一?！橙鐖D所示在教室里某同學(xué)站作體中計上超重與失重。她由穩(wěn)定的站姿變化到穩(wěn)定的蹲姿稱為“下蹲〞過程；由穩(wěn)定的蹲姿變化到穩(wěn)垃的站姿稱為“起立〞過程。關(guān)于她的實驗現(xiàn)象，以下說法中正確的選項是 〔〕A.只有“起立〞過程,才能出現(xiàn)失重的現(xiàn)象B.只有“下蹲〞過程,才能出現(xiàn)超重的現(xiàn)象C.“下蹲〞的過程,先出現(xiàn)超重現(xiàn)象后出現(xiàn)失重現(xiàn)象D.“起立〞“下蹲〞的過程,都能出現(xiàn)超重和失重的現(xiàn)象【解析】“起立〞的過程中,先加速向上后減速向上運(yùn)動，加速向上運(yùn)動，加速度方向向上，出現(xiàn)超重現(xiàn)象，后減速向上運(yùn)動，加速度方向向下，出現(xiàn)失重現(xiàn)象,即“起立〞過程先出現(xiàn)超重現(xiàn)象后出現(xiàn)失重現(xiàn)象，整個“起立〞過程能出現(xiàn)超重和失重的現(xiàn)象;“下蹲〞的過程中,先加速向下后減速向下運(yùn)動,加速向下運(yùn)動，加速度方向向下，出現(xiàn)失重現(xiàn)象，后減速向下運(yùn)動，加速度方向向上,出現(xiàn)超重現(xiàn)象，即“下蹲〞過程先出現(xiàn)失重現(xiàn)象后出現(xiàn)超重現(xiàn)象,整個“下蹲〞過程能出現(xiàn)超重和失重的現(xiàn)象，D項正確，A、B、C項錯誤。【答案】D【點評】只要物體具有向下的加速度，那么處于失重狀態(tài)；物體具有向上的加速度，那么處于超重狀態(tài)。命題要點五:與速度圖象結(jié)合的牛頓運(yùn)動定律問題【例5】(2022?江西南昌市一模)質(zhì)量為m=2kg的物塊靜止放置在粗糙水平地面O處，物塊與水平面間的動摩擦因數(shù)μ=0.5,在水平拉力F作用下物塊由靜止開始沿水平地面向右運(yùn)動，經(jīng)過一段時間后，物塊回到出發(fā)點0處,取水平向右為速度的正方向,如圖4甲所示，物塊運(yùn)動過程中其速度v隨時間^變化規(guī)律如圖4乙所示，重力加速度g取10m/s2,那么 〔)A.物塊經(jīng)過4s回到出發(fā)點B.物塊運(yùn)動到第3s時改變水平拉力的方向C.3.5s時刻水平力F的大小為4ND.4.5s時刻水平力F的大小為16N【解析】物塊經(jīng)過4s,速度減小到0，離出發(fā)點最遠(yuǎn)，A項錯誤；在0-3s時間內(nèi)，物塊加速度a1=1m/s2.由牛頓運(yùn)動定律，F(xiàn)1-μmg=ma1,解得F1=12N,在3-4s時間內(nèi)，物塊加速度a2=-3m/s2,由牛頓運(yùn)動定律,F2-μmg=ma2,解得F2=12N.物塊運(yùn)動到第3s時水平拉力由12N改變?yōu)?N.但進(jìn)方向沒有改變,B錯誤，C項正確；4?5s時間內(nèi),速度為負(fù)值,摩擦力方向改變，物塊加速度a3=—3m/s2.由牛頓運(yùn)動定律，-F3-μmg=ma3,解F3=16N,D項正確.【答案】CD【點評】解答與速度圖象結(jié)合的牛頓運(yùn)動定律問超，要將速度圖象與物體受力情況結(jié)合，再現(xiàn)運(yùn)動情景,才能正確解答。命題要點六:與力圖象結(jié)合的牛頓運(yùn)動定律運(yùn)用【例6】(2022?吉林長春市二模)如圖5所示，一勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧,上端固定,下端連一質(zhì)量為m的物塊A，A放在質(zhì)量也為m的托盤B上，以FN表示B對A的作用力,x表示彈簧的伸長量。初始時,在豎直向上的力F作用下系統(tǒng)處于靜止，且彈簧處于自然狀態(tài)〔x=0〕?，F(xiàn)改變力F的大小，使B以g/2的加速度勻加速向下運(yùn)動〔g為重力加速度,空氣阻力不計〕)，此過程中FN或F隨x變化的圖象正確的選項是〔)對題述以g/的加速度勻加速向下運(yùn)動過程，選擇AB整體為研究對象，由牛頓笫二定律得，2mg-kx—F=2m?g/2，解得F=mg—kx。即F從2mg開始線性減小，可排除圖象C;選擇B作為研究對象,由牛頓第二定律，mg+FN—F=2m?g/2，解得FN=g/2-kx當(dāng)彈簧的彈力增大到mg/2即kx=mg/2時，物塊和托盤間的壓力為零，在此之前，二者之間的壓力由開始運(yùn)動時的mg/2線性減小到零，A、B項錯誤;力F由開始時的線性減小到mg/2;此后托盤與物塊別離，力F保持mg/2變，故D項正確?！敬鸢浮緿【點評】解答與牛頓運(yùn)動定律相關(guān)的判斷力圖象問題，一般方法是隔離與該力相關(guān)的物體，列出相關(guān)的方程，得出力圖象的函數(shù)關(guān)系式，才能正確判斷。命題要點七：疊加體與臨界問題【例7】如圍6所示，光滑水平面上放置質(zhì)量分別為m、2m和3m的三個木塊，其中質(zhì)量為2m和3m的木塊間用一不可伸長的輕繩相連,輕繩能承受的最大拉力為FT.現(xiàn)用水平拉力F拉其中一質(zhì)量為3m的木塊，使三個木塊以同一加速度運(yùn)動，那么以下說法正確的選項是 ()A.質(zhì)量為的木塊受到四個力的作用B.當(dāng)逐漸增大到時，輕繩剛好被拉斷C.當(dāng)逐漸增大到時，輕繩還不會被拉斷D.輕繩剛要被拉斷時，質(zhì)量為和的木塊間的摩擦力為【解析】質(zhì)量為的木塊受到重力、地面的支持力、細(xì)繩的拉力、對它的摩擦力和壓力五個力的作用，項錯誤當(dāng)逐漸大到時，對整體有，對質(zhì)量是的物體有，解得T，故當(dāng)逐漸增大到時，輕繩中拉力小于最大拉力，不會被拉斷，項錯誤，項正確;輕繩剛要被拉斷時，系統(tǒng)的加速度為對質(zhì)量是m的物體，其所受摩擦力即質(zhì)量為和的木塊間的摩擦力為，項錯誤。【答案】【點評】臨界問題主要有三種情況：①接觸與脫離的臨界條件彈力為零②相對滑動的臨界條件:靜摩擦力到達(dá)最大值③繩子斷裂的臨界條件:它所受的張力等于所能夠承受的最大張力，繩子松弛的臨界條件是張力為零。命題要點八:時間最值和力最值問題【例8】2022湖北七市聯(lián)考〕如圖7所示，豎直平面內(nèi)有一光滑直桿AB，桿與水平方向的夾角為θ(0≤θ≤90°)，一質(zhì)量為m的小圓環(huán)套在直桿上。給小圓環(huán)施加一與該豎直平面平行的恒力F，并從A端由靜止釋放。改變直桿和水平方向的夾角A當(dāng)直桿與水平方向的夾角為30°時，小圓環(huán)在直桿上運(yùn)動的時間最短，重力加速度為g那么A.恒力F一定沿與水平方向夾角30°斜向右下的方向B.恒力F和小圓環(huán)的重力的合力一定沿與水平方向夾角30°斜向右下的方向C.假設(shè)恒力F的方向水平向右，那么恒力F的大小為D.恒力F的最小值為【解析】小圓環(huán)受到豎直向下的重力、光滑直桿AB對小圓環(huán)的支持力和恒力F。由于光滑直桿AB對小圓環(huán)的支持力正交分解，沿直桿方向無分力。要使小圓環(huán)在直桿上運(yùn)動的時間最短，由L=at2/2可知，小圓環(huán)運(yùn)動的加速度必須最大，由牛頓第二定律可知，恒力和重力的合力沿光滑直桿方向，加速度最大，所以A項錯誤，B項正確;假設(shè)恒力F的方向水平向右，由tan30°=mg/F，解得F=mg，C項正確;當(dāng)恒力F的方向垂直光滑直桿時，恒力Fsin60°=F/mg,解得F的最小值為Fmin=mg/2,D項正確?！敬鸢浮緽CD【點評】運(yùn)動和力的最值問題主要有運(yùn)動時間最值和力最值等。假設(shè)物體做勻加速運(yùn)動，要使運(yùn)動時間最短，那么加速度最大;當(dāng)所加的恒力垂直于運(yùn)動方向時，恒力最小。命題要點九:連接體與隔離法受力分析【例9】(2022?黑龍江大慶一中祺擬〕如圍8所示，在水平地而上荷A、B兩個物體，質(zhì)量分別為mA=3.0kg和mB=2.0kg,它們與地而間的動摩擦閃數(shù)均為μ=0.10。在之間有一原長L=15cm、勁設(shè)系數(shù)k=500N/m的輕質(zhì)彈簧將它們連接?，F(xiàn)分別用兩個方向相反的水平恒力F1,F2同時作用在A、B兩物體上，巳知F1=20N,F2=10N,取g=10。當(dāng)物體運(yùn)動到達(dá)穩(wěn)定時，求：和共同運(yùn)動的加速度；A,B之間的距離(A和B均可視為質(zhì)點〕?！窘馕觥俊⒔M成的系統(tǒng)在運(yùn)動過程中所受摩擦力為μ設(shè)運(yùn)動到達(dá)穩(wěn)定時系統(tǒng)的加速度為，根據(jù)牛頓第二定律有—F2—Ff=a解得以為研究對象，運(yùn)動過程中所受摩擦力μmAg=3.0N，設(shè)運(yùn)動到達(dá)穩(wěn)定時所受彈簧的彈力為T，根據(jù)牛頓第二定律有—FfA—Ff=a解得。由胡克定律，，可知彈簧的伸長量因此運(yùn)動到達(dá)穩(wěn)定時、之間的距離x=L+=15cm+2.8cm=17.8【點評】連接體情景主要有輕繩連接和輕彈簧連接。輕繩連接，輕繩中只能是拉力；而輕彈簧連接，輕彈簧中可能是拉力也可能是壓力。命題要點十：滑板、滑塊與牛頓運(yùn)動定律的綜合運(yùn)用【例10】(2022?北京石景山期末〕如圖9甲所示，質(zhì)量為2kg的木板B靜止在水平面上。某時刻物塊A(可視為質(zhì)點)從木板的左側(cè)沿木板上外表滑上木板，初速度v0=4m/s。此后A和B運(yùn)動的圖象如圖9乙所示，取重力加速度g=10m/s求：⑴A與B上外表之間的動摩擦因數(shù)μ1(2)B與水平