2023年高中物理学业水平考试必备考点13： 牛顿运动定律的应用 （全国通用）（解析版）

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2023年高中物理学业水平考试必备考点归纳与测试专题13：牛顿运动定律的应用13.1运动和力的关系一、从受力确定运动情况1．牛顿第二定律的作用：确定了运动和力的关系，把物体的运动情况与受力情况联系起来．2．已知物体的受力情况，由牛顿第二定律求出物体的加速度，再通过运动学规律确定物体的运动情况．3．解题思路4.主要运动学参量运动学有五个参量、v、t、a、x，这五个参量只有三个是独立的。运动学的解题方法就是“知三求二”。所用的主要公式：①——此公式不涉及到位移，不涉及到位移的题目应该优先考虑此公式②——此公式不涉及到末速度，不涉及到末速度的题目应该优先考虑此公式③——此公式不涉及到初速度，不涉及到初速度的题目应该优先考虑此公式④——此公式不涉及到加速度，不涉及到加速度的题目应该优先考虑此公式⑤——此公式不涉及到时间，不涉及到时间的题目应该优先考虑此公式根据运动学的上述5个公式求出加速度，再依据牛顿第二定律，可以求物体所受的合力或者某一个力。二、从运动情况确定受力1．已知物体的运动情况，根据运动学公式求出物体的加速度，再根据牛顿第二定律确定物体所受的力．2．解题思路学科网（北京）股份有限公司

1→→3．解题步骤(1)确定研究对象，对研究对象进行受力分析和运动过程分析，并画出受力图和运动草图．(2)选择合适的运动学公式，求出物体的加速度．(3)根据牛顿第二定律列方程，求物体所受的合外力．(4)根据力的合成与分解的方法，由合力求出所需的力．真题测试一、单选题1．（2022·广东·高二学业考试）如图所示，表面粗糙的水平传送带匀速向右传动。现在其左侧的A处轻轻放上一物块，设传送带足够长，则该物块（   ）A．一直向右匀速运动B．先向右匀加速运动，后继续向右匀速运动C．先受到向右的滑动摩擦力，后受到向右的静摩擦力D．先受到向右的滑动摩擦力，后受到向左的静摩擦力【答案】B【解析】物块初速度为0，刚放上传送带后将与传送带之间发生相对滑动，受到向右的滑动摩擦力做匀加速运动，因为传送带足够长，所以物块最终将会达到与传送带相同的速度并最终向右匀速运动，此时物块与传送带保持相对静止，没有相对运动趋势，不受静摩擦力作用。故选B。2．（2022·山东·高三学业考试）如图甲所示，水平地面上静止一质量为1kg足够长的长木板A，木板中央的正上方有一可看作质点的物块B。现在物块上施加一个从零开始均匀增加的水平向右的外力F，物块B受到的摩擦力Ff随外力F的大小变化图像如图乙所示，设木板与地面间的动摩擦因数为μ1，物块与木板间的动摩擦因数为μ2，最大静摩擦力均与相应的滑动摩擦力相等，重力加速度大小为g=10m/s2，则下列选项正确的是（　　）学科网（北京）股份有限公司

2A．μ1＝0.4B．μ2＝0.1C．物块B的质量为2kgD．若外力F作用在A上，当F＝12N时A、B一定发生相对滑动【答案】D【解析】ABC．由图知，当时，AB一起开始滑动，则由图知，物块B受到的滑动摩擦力大小为，有拉力在到之间时，AB一起运动，加速度相同，则有联立解得故ABC错误；D．若外力F作用在A上，当F＝12N时，若AB不相对滑动，则加速度均为而B的最大加速度为故假设不成立，A、B一定发生相对滑动，故D正确。故选D。3．（2022·湖南·高三学业考试）如图所示，传送带与水平面的夹角，传送带以的速度顺时针转动，时刻，一煤块以的速度从传送带的底端滑上传送带，传送带和煤块运动的图像如图所示，已知煤块刚好能滑到传动带的顶端，g取，则下列说法正确的是（　　）学科网（北京）股份有限公司

3A．煤块与传送带间的动摩擦因数为B．煤块向上运动的总时间为2.0sC．传送带的总长度为5.5mD．煤块滑到顶端时在传送带上的划痕长度为3.5m【答案】C【解析】A．由图乙可知，煤块开始速度比传送带大，摩擦力方向向下，这段过程中加速度为解得这段过程中位移故A错误；BC．在速度达到和传送带速度相等后，由于所以煤块继续做匀减速运动，加速度大小为煤块刚好能滑到传动带的顶端，这段过程中的位移时间为传送带的总长度为煤块向上运动的总时间为故C正确，B错误；学科网（北京）股份有限公司

4D．煤块速度大于传送带速度阶段，煤块在传送带上的划痕为煤块速度小于传送带速度阶段，传送带运动较快因为煤块滑到顶端时在传送带上的划痕长度为，故D错误。故选C。二、多选题4．（2021·山西·高二学业考试）如图所示，质量为m的人站在倾角为θ的自动扶梯的水平踏板上，随扶梯一起以加速度a斜向上运动，人的鞋底与踏板的动摩擦因数为，重力加速度为g。踏板对人支持力的大小和摩擦力的大小Ff应为（　　）A．B．C．D．【答案】BD【解析】以人为研究对象，受重力mg、扶梯的支持力FN和摩擦力Ff。人的加速度斜向左上方向，将加速度分解到水平和竖直方向得ax=acosθ方向水平向左ay=asinθ方向竖直向上，（θ是扶梯的倾角），根据牛顿第二定律得竖直方向FN-mg=masinθ水平方向Ff=macosθ解得FN=m（g+asinθ）Ff=macosθ故BD正确，AC错误。5．（2022·广东·高三学业考试）如图所示，质量不等的A、B两个物块分别以大小不同的初速度在水平面上运动，已知两物块与水平面间的动摩擦因数相同，则下列说法正确的是（　　）学科网（北京）股份有限公司

5。A．质量大的物块运动的位移大B．质量大的物块运动的时间长C．初速度大的物块运动的位移大D．初速度大的物块运动的时间长【答案】CD【解析】物块在水平面上运动时，受到滑动摩擦力即为合力，根据牛顿第二定律有则产生的加速度大小均为可知物块都做匀减速直线运动，根据匀变速直线运动规律可得，物块的运动时间为物块运动的位移为可知运动的位移和时间与质量无关。由于两物块与水平面间的动摩擦因数相同，则初速度大的物块运动的位移大，初速度大的物块运动的时间长。故选CD。三、解答题6．（2022·广西·高二学业考试）光滑固定斜面上由静止释放一个质量m＝1kg的小球，斜面长L＝0.4m，与水平面夹角θ＝30°，取g＝10m/s²。求：（1）小球沿斜面下滑时的加速度a；（2）小球滑到斜面底端时的速度v。【答案】（1）5m/s²；（2）2m/s【解析】（1）根据牛顿第二定律有（2）根根据位移速度关系有7．（2022·广西·高二学业考试）滑雪者乘坐缆车沿索道到达滑道顶部，索道长为x=学科网（北京）股份有限公司

6600m，缆车速度大小恒为v车=1.2m/s；然后从滑道顶部由静止沿滑道直线滑下，滑道倾角θ=30°（简化模型如图）。假设滑雪者速度vt≤10m/s时阻力可忽略，vt>10m/s时阻力为滑雪者重力的0.1倍，取g=10m/s2，求：（1）滑雪者乘坐缆车沿索道运动到滑道顶部需要的时间；（2）滑雪者速度v=5m/s时，加速度的大小和方向；（3）滑雪者从滑道顶部向下滑行t=3s时滑行的距离。【答案】（1）500s；（2）5m/s2，方向沿滑道向下；（3）22m【解析】（1）滑雪者乘坐缆车沿索道到达滑道顶部，缆车速度大小恒为v车=1.2m/s，则有x=v车t0解得t0=500s（2）由于滑雪者速度vt≤10m/s时阻力可忽略，则当滑雪者的速度v=5m/s时，加速度大小为a1，有mgsinθ=ma1解得a1=5m/s2，方向沿滑道向下（3）当滑雪者的速度达到v1=10m/s时，用时为t1，有解得t1=2s位移为x1，则解得x1=10m滑雪者还要沿直线向下滑行t2=1s，设这段位移的加速度大小为a2，有mgsinθ－0.1mg=ma2a2=4m/s2设滑雪者沿直线向下滑行用时t2=1s的位移大小为x2x2=12m则可知向下滑行t=3s时滑行的距离学科网（北京）股份有限公司

7x=x1＋x2=22m8．（2023·浙江·高二学业考试）航空母舰上的弹射器可以使舰载战斗机在较短距离内获得较大的发射速度。一架质量为3×104kg的战斗机在蒸汽式弹射器牵引下加速，设弹射器对战斗机的牵引力恒定，且弹射器有效作用距离为100m，加速过程中战斗机发动机推力恒为1.0×105N。要求战斗机在水平弹射过程结束时速度大小达到80m/s。弹射过程中战斗机所受总推力为弹射器牵引力和发动机推力之和，假设所受阻力为总推力的20%，g取10m/s2。求：（1）战斗机在弹射过程中的加速度大小；（2）战斗机加速过程所用的时间；（3）弹射器对战斗机的牵引力大小。【答案】（1）；（2）；（3）【解析】（1）由速度与位移的关系式解得（2）由解得（3）设弹射器对战斗机的牵引力大小为，发动机的推力大小为，由牛顿第二定律得解得9．（2022·湖南·高二学业考试）一辆汽车质量m=2000kg，在平直公路上以速度v0=12m/s匀速前进，遇紧急情况刹车后，做匀减速直线运动，经过时间t=4s汽车停止，当地的重力加速度g取10m/s2求：（1）刹车时汽车加速度a的大小；（2）开始刹车到停下，汽车发生的位移x的大小；（3）刹车时汽车受到的阻力大小。【答案】（1）；（2）24m；（3）【解析】（1）由加速度定义式可得刹车时汽车加速度大小学科网（北京）股份有限公司

8（2）由运动学规律（3）由牛顿第二定律10．（2022·湖南·高二学业考试）如图所示，质量m=10kg的物体放在水平面上，物体与水平面间的动摩擦因数为μ=0.4.现用大小为F=50N的水平恒力作用于物体，使物体由静止开始做匀加速直线运动，取g=10m/s2，求：（1）物体所受摩擦力f的大小；（2）物体运动8s时物体的速度大小；（3）物体运动8s时物体的位移大小。【答案】（1）；（2）；（3）【解析】（1）滑动摩擦力大小为（2）由牛顿第二定律得解得由匀变速直线运动公式得，8s时物体的速度大小（3）由匀变速直线运动公式得，8s时物体的位移大小11．（2022·湖南·高二学业考试）如图所示，一个质量m=2kg的物体以v0=3m/s的速度在光滑水平面上运动。现沿速度方向对物体施加F=10N的恒定拉力，重力加速度g取10m/s2。问：（1）物体是做匀加速直线运动还是做变加速直线运动？（2）物体加速运动3s时加速度是多大？【答案】（1）物体做匀加速直线运动；（2）5m/s2【解析】（1）物体沿速度方向受到F=10N的恒定拉力作用，所以物体做匀加速直线运动；学科网（北京）股份有限公司

9（2）由牛顿第二定律得物体运动的加速度12．（2022·浙江·高二学业考试）质量为的物体静止在与水平面成角、足够长的粗糙斜面的底端，在内受平行斜面向上的拉力的作用，末撤去拉力，物体减速为其运动的图象如图所示，取，，，试求：（1）在内物体的位移大小；（2）物体的加速度及摩擦力的大小；（3）物体的加速度及所受推力的大小．【答案】（1）；（2），方向与运动方向相反，；（3），方向与运动方向相同，【解析】（1）图象面积表示位移，所以在内物体的位移大小为（2）图象斜率表示加速度，由图象知的加速度为负号表示加速度方向与运动方向相反，规定沿斜面向上为正方向，由牛顿第二定律得 所以摩擦力的大小为（3）由图象知的加速度大小为方向与运动方向相同，由牛顿第二定律得代入数据得推力的大小为考点归纳13.2超重和失重学科网（北京）股份有限公司

101．超重(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象．(2)产生条件：物体具有向上的加速度．2．失重(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象．(2)产生条件：物体具有向下的加速度．(3)完全失重①定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零的状态．②产生条件：a＝g，方向竖直向下．3．超重和失重的理解(1)视重：当物体竖直悬挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时，弹簧测力计或台秤的示数称为“视重”，大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力．(2)当视重与物体的重力不同时，即发生了超重或失重现象．(3)超重、失重现象与物体的运动方向无关，当物体具有向上的加速度时，无论物体向什么方向运动，均出现超重现象，反之则出现失重现象．因此，判断出现超、失重的依据是看加速度的方向．(4)在完全失重状态下，平常由重力产生的一切物理现象都会消失，比如液体对器壁没有压强、浸在水中的物体不受浮力等．工作原理与重力有关的仪器也不能再使用，如天平、液体气压计等．4.超重、失重的比较特征状态加速度视重(F)与重力关系运动情况受力示意图学科网（北京）股份有限公司

11平衡a＝0F＝mg静止或匀速直线运动超重向上由F－mg＝ma得F＝m(g＋a)>mg向上加速或向下减速失重向下由mg－F＝ma得F＝m(g－a)

122．（2022·广西·高二学业考试）2020年11月，我国在中国文昌航天发射场，用长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程嫦娥五号探测器（简称“嫦五”），火箭飞行约2200秒后，顺利将探测器送入预定轨道，开启我国首次地外天体采样返回之旅。已知地球表面重力加速度约为月球表面自由落体加速度的6倍。采样完成后，“嫦五”上升器静止在月球表面时，月壤对样品仓的压力为F1；上升器从月球表面加速上升时，月壤对样品仓的压力为F2，则（　　）A．F2=0B．F2=F1C．F2F1【答案】D【解析】“嫦五”上升器静止在月球表面时，月壤处于平衡状态，对样品仓的压力F1的大小等于在月球表面时的重力大小G；上升器从月球表面加速上升时，月壤具有向上的加速度，处于超重状态，对样品仓的压力F2大于在月球表面时的重力大小G，综上所述可知F2>F1。故选D。3．（2023·江苏·高二学业考试）体育课上李明进行原地纵跳摸高训练，如图甲所示，在快速下蹲后立即蹬伸的过程中，李明受到的地面支持力的变化如图乙所示，则下列说法正确的是（  ）A．李明在下蹲阶段处于超重状态B．李明在蹬伸阶段处于失重状态C．李明在下蹲阶段先处于超重状态，再处于失重状态D．李明在蹬伸阶段先处于超重状态，再处于失重状态【答案】D【解析】小明在下蹲阶段，重心先向下做加速运动，处于失重状态，后向下做减速运动，加速度向上，处于超重状态，所以下蹲阶段先失重后超重；蹬伸阶段，重心先向上做加速运动，加速度向上处于超重状态，后向上做减速运动，加速度向下，处于失重状态。所以蹬伸阶段先超重后失重，D正确，ABC错误。故选D。4．（2023·江苏·高二学业考试）小丁同学最多能够举起60kg的重物，则在其将重物向上举起的过程中（　　）A．重物一直处于超重状态B．重物一直处于失重状态C．重物先处于超重状态，后处于失重状态D．重物先处于失重状态，后处于超重状态【答案】C【解析】重物向上运动时，先由静止向上加速到速度最大，然后向上减速到速度为零，加速度先向上后向下，则重物先超重后失重。故选C。学科网（北京）股份有限公司

135．（2021·山西·高二学业考试）小明站在沿竖直方向运行的电梯中，当电梯做下列哪种运动时，小明对水平底板压力大于其所受重力（　　）A．电梯匀速上升时B．电梯加速上升时C．电梯匀速下降时D．电梯加速下降时【答案】B【解析】A．电梯匀速上升时，小明处于平衡状态，支持力等于重力，可知小明对水平底板压力等于其所受重力，A错误；B．电梯加速上升时，小明的加速度向上，小明处于超重状态，支持力大于重力，可知小明对水平底板压力大于其所受重力，B正确；C．电梯匀速下降时，小明处于平衡状态，支持力等于重力，可知小明对水平底板压力等于其所受重力，C错误；D．电梯加速下降时，小明的加速度向下，小明处于失重状态，支持力小于重力，可知小明对水平底板压力小于其所受重力，D错误；故选B。6．（2022·山东·高三学业考试）某同学是航模兴趣小组的一员，某次在操控飞机模型时，使航模从地面由静止开始竖直向上做直线运动，其运动的位移一时间图像如图所示，已知0～t0部分的图线是抛物线的一部分，t0～10s部分的图线是直线，两部分曲线相切于点（t0，10），则下列说法正确的是（　　）A．图中t0＝5sB．航模在t0～10s时间内的速度大小为6m/sC．航模在0～t0时间内的加速度大小为m/s2D．航模在0～t0时间内处于失重状态【答案】A【解析】ABC．航模在0～t0时间内在匀加速运动，则学科网（北京）股份有限公司

14航模在t0～10s时间内做匀速上升，速度大小为其中解得t0=5sa=0.8m/s2v=4m/s选项A正确，BC错误。D．航模在0～t0时间内，加速度向上，处于超重状态，选项D错误。故选A。7．（2021·海南·高二学业考试）某人站在力传感器上完成下蹲动作，力传感器的示数随时间变化的情况如图所示。图中A、B、C、D四点，反映人处于超重状态的是（　　）A．A点B．B点C．C点D．D点【答案】B【解析】人处于超重状态时，对传感器的压力大于人的重力，即传感器的示数大于重力。由图像可知，人静止时重力为500N。B点传感器示数大于重力，处于超重状态；A、C两点传感器示数小于重力，处于失重状态；D点传感器示数等于重力，处于平衡状态。故选B。8．（2022·湖南·高二学业考试）如图所示，置于电梯水平地板上的台式弹簧秤上放有重物，在电梯沿竖直方向运动的某段时间内，弹簧秤读数比电梯静止时增大了，则电梯该段时间的运动情况可能是（　　）A．向上匀速运动B．向下匀速运动C．向上加速运动D．向下加速运动【答案】C学科网（北京）股份有限公司

15【解析】重物仅受竖直向下的重力和竖直向上的支持力，电梯沿竖直方向运动时，弹簧秤读数比电梯静止时增大了，说明支持力大于重力，根据牛顿第二定律可知加速度竖直向上，因此电梯是向上加速上升或向下减速下降，故ABD错误，C正确。故选C。9．（2021·湖南·高二学业考试）关于力的大小和方向，下列说法正确的是（　　）A．滑动摩擦力的大小一定与物体的重力成正比B．滑动摩擦力的方向一定与物体的运动方向相反C．在弹性限度内，弹簧的弹力大小与弹簧的伸长量（或压缩量）成正比D．物体处于完全失重时，物体的重力变为零【答案】C【解析】A．滑动摩擦力的大小一定与正压力成正比，但正压力不一定就等于物体的重力，故A错误；B．滑动摩擦力的方向一定与物体的相对运动方向相反，故B错误；C．在弹性限度内，弹簧的弹力大小与弹簧的伸长量（或压缩量）成正比，故C正确；D．物体处于完全失重时，物体的重力不变，故D错误。故选C。10．（2022·浙江·高二学业考试）现在城市的滑板运动非常流行，在水平地面上一名滑板运动员双脚站在滑板上以一定速度向前滑行，在横杆前起跳并越过杆，从而使人与滑板分别从杆的上方、下方通过，如图所示，假设人和滑板运动过程中受到的各种阻力忽略不计，若运动员顺利地完成了该动作，最终仍落在滑板原来的位置上，则下列说法错误的是（　　）A．运动员起跳时，双脚对滑板作用力的合力竖直向下B．起跳时双脚对滑板作用力的合力向下偏后C．运动员在空中最高点时处于失重状态D．运动员在空中运动时，单位时间内速度的变化相同【答案】B【解析】AB．运动员竖直起跳，由于本身就有水平初速度，所以运动员既参与了水平方向上的匀速直线运动，又参与了竖直上抛运动。各分运动具有等时性，水平方向的分运动与滑板的运动情况一样，运动员最终落在滑板的原位置。所以水平方向受力为零，则起跳时，滑板对运动员的作用力竖直向上，运动员对滑板的作用力应该是竖直向下，故A正确，不符合题意；B错误，符合题意；C．运动员在空中最高点时具有向下的加速度g，处于失重状态，故C正确，不符合题意；D．运动员在空中运动时，加速度恒定，所以单位时间内速度的变化量相等，故D正确，不符合题意。学科网（北京）股份有限公司

16故选B。11．（2020·河南·高二学业考试）如图，一重为G的同学站在电梯里的体重计上，“电梯加速上升时，体重计对该同学的支持力大小为F，则（　　）A．F=0B．0G【答案】D【解析】根据牛顿第二定律解得故选D。二、多选题12．（2021·河北·高二学业考试）下列对物体超重、失重状态的判断，正确的是（　　）A．做自由落体运动的物体处于失重状态B．火箭在加速上升过程中处于失重状态C．电梯减速上升过程中，站在电梯中的乘客处于失重状态D．磁悬浮列车在水平轨道上匀速行驶过程中，坐在车上的乘客处于超重状态【答案】AC【解析】A．做自由落体运动的物体，加速度向下，处于失重状态，故A正确；B．火箭在加速上升过程中，加速度向上，处于超重状态，故B错误；C．电梯减速上升过程中，加速度向下，站在电梯中的乘客处于失重状态，故C正确；D．磁悬浮列车在水平轨道上匀速行驶过程中，坐在车上的乘客处于平衡状态，故D错误。故选AC。学科网（北京）股份有限公司