高考物理100考点最新模拟题千题精练专题3.11牛顿运动定律相关的极值问题（含解析）

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1、专题3.11牛顿运动定律相关的极值问题一．选择题1．（2018安徽合肥三模）如图所示，点P位于倾角为37°的斜面底端Q的正上方22.5cm处。现从P点向斜面搭建一光滑倾斜直轨道，使小物块从P点由静止开始沿该轨道滑至斜面，g取l0m/s2。则小物块滑至斜面的最短时间为（）A.0.1sB.0.2sC.0.3sD.0.4s【参考答案】.B【命题意图】本题考查等时圆模型、牛顿运动定律、匀变速直线运动规律及其相关的知识点。【解题思路】在线段PQ上找一点O，O点到P点的距离和到斜面的距离相等，以O点为圆心，以P

2、O为半径做一圆，该圆与斜面的切点为M，如图。设OQ=L，PO=R，由图中几何关系得：R=Lsin53°，R+L=22.5cm，小物块沿PM滑至斜面的最短时间为t，小物块沿PM滑动的加速度为a，则有PM=2Rcos18.5°，ma=mgcos18.5°，PM=at2，联立解得：t=0.2s，选项B正确。【方法归纳】此题为等时圆模型。从竖直面内等时圆的最高点沿光滑杆滑至等时圆周上任意点的时间都相等。从竖直面内等时圆周上的任意点沿光滑杆滑至等时圆的最低点的时间都相等。2.如图所示，位于竖直平面内的固定光滑

3、圆环轨道与水平面相切于M点，与竖直墙相切于A点。竖直墙上另一点B与M的连线和水平面的夹角为60°，C是圆环轨道的圆心。已知在同一时刻a、b两球分别由A、B两点从静止开始沿光滑倾斜直轨道AM、BM运动到M点；c球由C点自由下落到M点。则(　　)A.a球最先到达M点B.b球最先到达M点C.c球最先到达M点D.b球和c球都可能最先到达M点【参考答案】C【名师解析】　如图所示，令圆环半径为R，则c球由C点自由下落到M点用时满足R＝gt，所以tc＝；对于a球令AM与水平面成θ角，则a球下滑到M用时满足AM＝2

4、Rsinθ＝gsinθ·t，即ta＝2；同理b球从B点下滑到M点用时也满足tb＝2(r为过B、M且与水平面相切于M点的竖直圆的半径，r＞R)。综上所述可得tb＞ta＞tc。3.　如图1所示，在倾角为θ的斜面上方的A点处旋转一光滑的木板AB，B端刚好在斜面上，木板与竖直方向AC所成角度为α，一小物块由A端沿木板由静止滑下，要使物块滑到斜面的时间最短，则α与θ角的大小关系(　　)A.α＝θ　　　B.α＝　　　C.α＝2θ　　　D.α＝【参考答案】　B【名师解析】如图所示，在竖直线AC上选取一点O，以适当

5、的长度为半径画圆，使该圆过A点，且与斜面相切于D点。由等时圆模型的特点知，由A点沿斜面滑到D点所用时间比由A点到达斜面上其他各点所用时间都短。将木板下端B点与D点重合即可，而∠COD＝θ，则α＝。选项B正确。4．（2018洛阳一模）如图所示，某科研单位设计了一空间飞行器，飞行器从地面起飞时，发动机提供的动力方向与水平方向夹角α＝60°，使飞行器恰恰与水平方向成θ＝30°角的直线斜向右上方匀加速飞行，经时间t后，将动力的方向沿逆时针旋转60°同时适当调节其大小，使飞行器依然可以沿原方向匀减速飞行，飞行

6、器所受空气阻力不计，下列说法中正确的是(　)A．加速时动力的大小等于mgB．加速时加速度的大小为gC．减速时动力的大小等于mgD．减速飞行时间t后速度为零【参考答案】.BC【命题意图】本题考查力的合成、牛顿运动定律及其相关的知识点。【解题思路】画出使飞行器恰恰与水平方向成θ＝30°角的直线斜向右上方匀加速飞行时的受力矢量图，如图1所示，由2mgcos30°=F，可得加速时动力的大小等于F=mg，选项A错误；动力F与飞船重力mg的合力等于mg，所以飞船加速时加速度的大小为g，选项B正确；画出使飞行器沿

7、原方向匀减速飞行时的受力矢量图，如图2所示，由sin60°=F’/mg可得减速时动力的大小等于F’=mg，选项C正确；加速飞行时间t后的速度为v=at=gt。减速飞行的合外力大小为mgcos60°=mg/2，减速飞行的加速度大小为g/2，减速飞行时间2t后速度为零，选项D错误。图1图25.（2018石家庄一模）如图所示，AB为竖直平面内某圆周的竖直直径，CD为过O点且与AB成60°夹角的固定光滑细直杆，两细直杆上各套有一个小球，小球可视为质点。两小球分别从C点由静止释放，小球从C点运动到D点所用的时

8、间为t1，另一小球从C点运动到B点所用的时间为t2，则t1∶t2等于（）A．1∶1B．2∶1C．∶1D．∶2【参考答案】C【命题意图】本题考查牛顿运动定律、匀变速直线运动规律及其相关的知识点。【解题思路】对沿CD光滑细杆上运动的小球，由牛顿第二定律，mgsin30°=ma1，解得a1=g/2；设CD=d，由匀变速直线运动规律，d=a1t12，解得t1=2。对沿CB光滑细杆上运动的小球，由牛顿第二定律，mgsin60°=ma2，解得a2=g/2；光滑杆CB=dsin60