2018年高考物理二輪復(fù)習(xí)第三章牛頓運(yùn)動(dòng)定律專題3.7與牛頓運(yùn)動(dòng)定律相關(guān)的實(shí)際問題.docx

專題3.7 與牛頓運(yùn)動(dòng)定律相關(guān)的實(shí)際問題一、選擇題1.（2018開封質(zhì)檢）某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了一個(gè)模型火箭，由測力計(jì)測得其重力為G。通過測量計(jì)算此火箭發(fā)射時(shí)刻提供大小為F=2G的恒定推力，且持續(xù)時(shí)間為t。隨后小明又對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了改進(jìn)，采用二級推進(jìn)的方式，即當(dāng)火箭飛行經(jīng)過t/2時(shí)，火箭丟棄一半的質(zhì)量，剩余t/2時(shí)間，火箭推動(dòng)剩余的一半繼續(xù)飛行。若采用原來的方法火箭可上升的高度為H，則采用改進(jìn)后方案火箭最高可上升的高度為（重力加速度取g，不考慮燃料消耗引起的質(zhì)量變化）A1.5H B2H C2.75H D3.25H【參考答案】C （t/2）2=gt2，t/2時(shí)刻向上的速度v1=a1t/2=gt/2，丟棄一般質(zhì)量后，由牛頓運(yùn)動(dòng)定律，F(xiàn)-G=ma2，解得a2=3g；t/2時(shí)間加速上升高度H2=v1 t/2+a2（t/2）2=gt2，t時(shí)刻向上的速度v2= v1+a2t/2=2gt，失去推力后，做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，上升高度H3=2gt2，H=H1+ H2+ H3=gt2+gt2+2gt2= gt2=H=2.75H，選項(xiàng)C正確。2（2018洛陽一模）如圖所示，某科研單位設(shè)計(jì)了一空間飛行器，飛行器從地面起飛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力方向與水平方向夾角60，使飛行器恰恰與水平方向成30角的直線斜向右上方勻加速飛行，經(jīng)時(shí)間t后，將動(dòng)力的方向沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)60同時(shí)適當(dāng)調(diào)節(jié)其大小，使飛行器依然可以沿原方向勻減速飛行，飛行器所受空氣阻力不計(jì)，下列說法中正確的是( ) A加速時(shí)動(dòng)力的大小等于mgB加速時(shí)加速度的大小為gC減速時(shí)動(dòng)力的大小等于mgD減速飛行時(shí)間t后速度為零【參考答案】BC【命題意圖】 本題考查力的合成、牛頓運(yùn)動(dòng)定律及其相關(guān)的知識點(diǎn)。 圖1 圖23. 北京歡樂谷游樂場天地雙雄是目前亞洲唯一的雙塔太空梭。它是能體驗(yàn)強(qiáng)烈失重、超重感覺的娛樂設(shè)施，先把乘有十多人的座艙，送到76 m高的地方，讓座艙自由落下，當(dāng)落到離地面28 m時(shí)制動(dòng)系統(tǒng)開始啟動(dòng)，座艙勻減速運(yùn)動(dòng)到地面時(shí)剛好停止若某游客手中托著質(zhì)量為1 kg的飲料瓶進(jìn)行這個(gè)游戲，g取9.8 m/s2，則： A當(dāng)座艙落到離地面高度為40m的位置時(shí)，飲料瓶對手的作用力大于9.8NB當(dāng)座艙落到離地面高度為40m的位置時(shí)，飲料瓶對手的作用力為零C當(dāng)座艙落到離地面高度為15m的位置時(shí)，飲料瓶對手的作用力小于9.8ND. 當(dāng)座艙落到離地面高度為15m的位置時(shí)，手要用26.6N的力才能托住飲料瓶 【參考答案】BD【名師解析】當(dāng)座艙落到離地面高度為40m的位置時(shí)，處于完全失重狀態(tài)；故飲料瓶對手的壓力為零選項(xiàng)B正確A錯(cuò)誤。座艙自由落體過程，有：v2=2g（H-h）座艙勻減速運(yùn)動(dòng)到地面過程，根據(jù)速度位移公式，有：v2=2ah由解得：a120/7 m/s2 =16.8 m/s2當(dāng)座艙落到離地面高度為15m的位置時(shí)，飲料瓶處于超重狀態(tài)，有：F-mg=ma，解得F=26.6N，即當(dāng)座艙落到離地面高度為15m的位置時(shí)，手要用26.6N的力才能托住飲料瓶，選項(xiàng)C錯(cuò)誤D正確。4.（2016山西太原期末）“娛樂風(fēng)洞”是一種驚險(xiǎn)的娛樂項(xiàng)目。在豎直的圓筒內(nèi),從底部豎直向上的風(fēng)可把游客“吹”起來,讓人體驗(yàn)太空飄浮的感覺。假設(shè)風(fēng)洞內(nèi)各位置的風(fēng)速均相同且保持不變,已知人體所受風(fēng)力的大小與正對風(fēng)的面積成正比,水平橫躺時(shí)受風(fēng)面積最大,站立時(shí)受風(fēng)面積最小、為最大值的1/8；當(dāng)人體與豎直方向成一傾角、受風(fēng)面積是最大值的1/2時(shí)，人恰好可靜止或勻速漂移。在某次表演中,質(zhì)量為m的表演者保持站立身姿從距底部高為H的A點(diǎn)由靜止開始下落;經(jīng)過B點(diǎn)時(shí),立即調(diào)整身姿為水平橫躺并保持；到達(dá)底部的C點(diǎn)時(shí)速度恰好減為零。則在從A到C的過程中,下列說法正確的是 A表演者加速度的最大值是gBB點(diǎn)的高度是HC從A到B表演者克服風(fēng)力做的功是從B到C克服風(fēng)力做功的1/6D若保持水平橫躺,表演者從C返回到A時(shí)風(fēng)力的瞬時(shí)功率為【參考答案】C【名師解析】由題意，人體受風(fēng)力大小與正對面積成正比，設(shè)最大風(fēng)力為Fm，由于受風(fēng)力有效面積是最大值的一半時(shí)，恰好可以靜止或勻速漂移，故可以求得重力G=Fm，人站立時(shí)風(fēng)力為Fm，其下落加速度a1=g；人平躺下落時(shí)，其加速度a2=g，即表演者加速度的最大值是g，因而選項(xiàng)A錯(cuò)誤；設(shè)B點(diǎn)的高度是h，下降的最大速度為v，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律，有v2=2a1(H-h）, v2=2a2h,，聯(lián)立解得：h=H，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；表演者A至B克服風(fēng)力所做的功W1=Fm (H-h）=FmH；B至C過程克服風(fēng)力所做的功W2=Fm h=FmH，從A到B表演者克服風(fēng)力做的功是從B到C克服風(fēng)力做功的1/6，選項(xiàng)C正確。若保持水平橫躺, 人平躺上升時(shí)，其加速度a=g，表演者從C返回到A時(shí)，速度v=，風(fēng)力的瞬時(shí)功率為P=Fmv=2mg=2,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 5. 用遙控直升機(jī)下輕繩懸掛質(zhì)量為m的攝像機(jī)可以拍攝學(xué)生在操場上的跑操情況。開始時(shí)遙控直升機(jī)懸停在C點(diǎn)正上方。若遙控直升機(jī)從C點(diǎn)正上方運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)正上方經(jīng)歷的時(shí)間為t，已知CD之間距離為L，直升機(jī)的質(zhì)量為M，直升飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)視作水平方向的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。在拍攝過程中懸掛攝影機(jī)的輕繩與豎直方向的夾角始終為，假設(shè)空氣對攝像機(jī)的作用力始終水平。則 A輕繩中的拉力FT=mg/cosB遙控直升機(jī)加速度a=gtanC直升機(jī)所受的合外力為F合=D這段時(shí)間內(nèi)空氣對攝像機(jī)作用力的大小為【參考答案】.AD【名師解析】對攝像機(jī)受力分析，攝像機(jī)受到輕繩拉力FT和重力mg，由FTcos=mg，解得輕繩中的拉力FT= mg /cos，選項(xiàng)A正確。由L=at2，解得遙控直升機(jī)加速度a=，選項(xiàng)B錯(cuò)誤。直升機(jī)所受的合外力為F合=Ma= ，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。設(shè)攝像機(jī)受到的風(fēng)力為F，繩子拉力為T ，重力為mg。則FTsin-F=ma，F(xiàn)Tcos=mg，解得：，選項(xiàng)D正確。 二、計(jì)算題1.（山西省太原市2016屆高三下學(xué)期模擬試題（一）理科綜合試題）（13分）如圖是一架小型四旋翼無人機(jī)，它是一種能夠垂直起降的遙控飛行器，具有體積小、使用靈活、飛行高度低、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)進(jìn)行試驗(yàn)：無人機(jī)從地面由靜止開始以額定功率豎直向上起飛經(jīng)t20s上升到h47m,，速度達(dá)到v6 m/s。之后，不斷調(diào)整功率繼續(xù)上升，最終懸停在高H = 108 m.處已知無人機(jī)的質(zhì)量m4kg，無論動(dòng)力是否啟動(dòng)，無人機(jī)上升、下降過程中均受空氣阻力，且大小恒為f4 N.取g10 m/s2，求(1）無人機(jī)的額定功率；（2）當(dāng)懸停在H高處時(shí)，突然關(guān)閉動(dòng)力設(shè)備無人機(jī)由靜止開始豎直墜落，2s末啟動(dòng)動(dòng)力設(shè)備，無人機(jī)立即獲得向上的恒力F，使其到達(dá)地面時(shí)速度恰好為0，則F是多大？ 【參考答案】（1）107W（2）43.2N考點(diǎn)：牛頓第二定律的綜合應(yīng)用2.（黑龍江省大慶實(shí)驗(yàn)中學(xué)2016屆高三考前得分訓(xùn)練（四）理科綜合物理試題）如圖所示，虛線圓的半徑為R， AC為光滑豎直軒，AB 與BC構(gòu)成直角的L形軌道，小球與AB、BC， 軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為，ABC三點(diǎn)正好是圓上三點(diǎn)， 而AC正好為該圓的直徑，AB與AC的夾角為，如果套在AC桿上的小球自A點(diǎn)靜止釋放，分別沿ABC軌道和AC直軌道運(yùn)動(dòng)，忽略小球滑過B處時(shí)能量損耗. 求: （1）小球在AB軌道上運(yùn)動(dòng)的加速度；（2）小球沿ABC軌道運(yùn)動(dòng)到達(dá)C點(diǎn)時(shí)的速率；（3）若AB、BC、AC軌道均光滑，如果沿ABC軌道運(yùn)動(dòng)到達(dá)C點(diǎn)的時(shí)間與沿AC直軌道運(yùn)動(dòng)到達(dá)C點(diǎn)的時(shí)間之比為5:3， 求角的正切值?！緟⒖即鸢浮浚?）（2）（3）2.4 （3） 設(shè)小球沿AC直導(dǎo)軌做自由落體運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t，則有： 解得軌道均光滑，小球由A到B機(jī)械能守恒，設(shè)B點(diǎn)的速度為vB，則解得且依等時(shí)圓，tAB=t 以后沿BC直導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的加速度，且故代入數(shù)據(jù)解得：考點(diǎn)：牛頓第二定律的綜合應(yīng)用3.（安徽省銅陵市第一中學(xué)2016屆高三5月教學(xué)質(zhì)量檢測理科綜合試題）科研人員利用熱氣球進(jìn)行科學(xué)探測，熱氣球、科研人員及所有裝備的總質(zhì)量。在離地空中停留一段時(shí)間后，由于故障，熱氣球受到的空氣浮力減小?？蒲腥藛T測得氣球豎直下降時(shí)，速度在內(nèi)增加了。若氣球著陸的安全速度最大是，為使氣球安全著陸，科研人員向外拋出質(zhì)量的物體，使氣球豎直向下做勻減速運(yùn)動(dòng)，不考慮氣球受到的空氣阻力及拋出物體時(shí)氣球速度的變化，氣球運(yùn)動(dòng)過程中浮力視為恒力，重力加速度，求拋出物體時(shí)氣球離地的最小高度?！緟⒖即鸢浮?設(shè)拋出壓艙物時(shí)氣球離地高度，此時(shí)速度為， 氣球減速的加速度大小設(shè)為， 對勻減速過程，落地速度， 聯(lián)立解得考點(diǎn)：牛頓第二定律；勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度與時(shí)間的關(guān)系【名師點(diǎn)睛】本題結(jié)合實(shí)際情景來將運(yùn)動(dòng)與力學(xué)題目相結(jié)合起來，主要讓學(xué)生掌握如何由運(yùn)動(dòng)去求力的問題的方法注意最后還要用原來的重力減去現(xiàn)在的重力。4.如圖所示為一架小型四旋翼無人機(jī)，它是一種能夠垂直起降的小型遙控飛行器，目前正得到越來越廣泛的應(yīng)用。無人機(jī)的質(zhì)量為m=2kg，運(yùn)動(dòng)過程中所受空氣阻力大小恒為f=4N，當(dāng)無人機(jī)在地面上從靜止開始，以最大升力豎直向上起飛，經(jīng)時(shí)間t=4s時(shí)離地面的高度為h=48m，g取10m/s2。求： （1）其動(dòng)力系統(tǒng)所能提供的最大升力為多大？（2）當(dāng)無人機(jī)懸停在距離地面高度H=180m處時(shí)，由于動(dòng)力設(shè)備故障，無人機(jī)突然失去全部升力，從靜止開始豎直墜落，經(jīng)5s后無人機(jī)瞬間又恢復(fù)最大升力，則無人機(jī)到達(dá)地面時(shí)速度為多大？ 5.（12分）（2016上海寶山期末）一架質(zhì)量m2.0104kg的飛機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)提供的推力恒為F1，起飛速度為vM100m/s，在水平跑道上起飛時(shí)跑道至少長s1400m?，F(xiàn)要使該飛機(jī)能在s2100m的航母跑道上起飛，需用電磁彈射器輔助。假設(shè)電磁彈射器對飛機(jī)施加恒定推力F2，飛機(jī)在地面和航母跑道上運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的阻力均為f1.0104N，求：（1）飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的推力F1大??；（2）電磁彈射器的推力F2大小；（3）電磁彈射器的平均輸出功率P?！久麕熃馕觥浚?）在地面上勻加速運(yùn)動(dòng)， （2分）F12.6105N（2分）（2）在航母上，（2分）彈射器推力 F27.5105N（2分）（3）平均速度 （2分）平均功率 F23.75107W（2分）6. （2016衡水萬卷理綜模擬1）如圖所示，一長絕緣木板靠在光滑豎直墻面上，質(zhì)量為m木板右下方有一質(zhì)量為2m、電荷量為+q的小滑塊，滑塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，木板與滑塊處在場強(qiáng)大小為E=4mg/q的勻強(qiáng)電場中，電場方向水平向左，若電動(dòng)機(jī)通過一根絕緣細(xì)繩拉動(dòng)滑塊，使之勻加速向上移動(dòng)，當(dāng)滑塊與木板分離時(shí)，滑塊的速度大小為v此過程中電動(dòng)機(jī)對滑塊做的功為W（重力加速度為g） （1）求滑塊向上移動(dòng)的加速度大?。唬?）寫出從滑塊開始運(yùn)動(dòng)到與木板分離的過程中木板增加的機(jī)械能隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系式 （2）對長木板由牛頓第二定律得F一mg=ma摩擦力對木板做功為W=Fx x=,根據(jù)功能關(guān)系木板增加的機(jī)械能等于摩擦力所做的功，即E=W由以上各式解得E=2（4一1）m 答：（1）滑塊向上移動(dòng)的加速度大小為 ；（2）從滑塊開始運(yùn)動(dòng)到與木板分離的過程中木板增加的機(jī)械能隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系式為E=2（4一1）m7（9分）（2016浙江省溫州選考科目模擬）某運(yùn)動(dòng)員做跳傘訓(xùn)練，他從懸停在空中的直升飛機(jī)上由靜止落下，如圖所示，經(jīng)過8s后打開降落傘，運(yùn)動(dòng)員做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，再經(jīng)過16s后剛好到達(dá)地面，且速度恰好為零。忽略打開降落傘前的空氣阻力和打開降落傘的時(shí)間。已知人和傘的總質(zhì)量m=60kg。求：（1）打開降落傘時(shí)運(yùn)動(dòng)員的速度大??；（2）打開降落傘后運(yùn)動(dòng)員的加速度大??；（3）打開降落傘后運(yùn)動(dòng)員和傘受到的阻力大小。 【名師解析】（1）打開降落傘前，人和傘做自由落體運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng) （2分）得： （1分）（2）打開降落傘后，人和傘一起做勻減速直線運(yùn)動(dòng) （2分） （1分）（3）根據(jù)牛頓第二定律得：mgFf=ma2 （2分）得：Ff=900N （1分）8.（2016四川宜賓一模）宜賓市某中學(xué)陽光體育活動(dòng)跑操過程如圖所示。環(huán)形跑道由矩形ABCD和兩個(gè)半圓BEC、DFA組成。已知AB長L，AD長d。跑操時(shí)，學(xué)生均勻地排列在環(huán)形跑道上以相同的方式整齊地跑動(dòng)。某人用遙控直升機(jī)下懸掛質(zhì)量為m的攝像機(jī)拍攝跑操情況。開始時(shí)遙控直升機(jī)懸停在C點(diǎn)正上方。 （1）小王在跑操前正好站在A點(diǎn)，聽到起跑命令后從靜止開始沿AB方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，到達(dá)AB中點(diǎn)時(shí)速度達(dá)到v，然后勻速率跑動(dòng)。求小王跑完一圈所用的時(shí)間；（2）若遙控直升機(jī)從C點(diǎn)正上方運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)正上方經(jīng)歷的時(shí)間為t，直升飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)視作水平方向的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。在拍攝過程中懸掛攝影機(jī)的輕繩與豎直方向的夾角始終為，假設(shè)空氣對攝像機(jī)的作用力始終水平。試計(jì)算這段時(shí)間內(nèi)空氣對攝像機(jī)作用力的大小。 (2)由C到D有設(shè)攝像機(jī)受到的風(fēng)力為F，繩子拉力為T ，重力為mg。則Tsin-F=maTcos=mg由 得9.（15分）（2016四川南充二診）下雨是常見的自然現(xiàn)象，如果雨滴下落為自由落體運(yùn)動(dòng)，則雨滴落到地面時(shí)，對地表動(dòng)植物危害十分巨大。實(shí)際上，動(dòng)植物都沒有被雨滴砸傷。因?yàn)橛甑蜗侣鋾r(shí)不僅受到重力。還受到空氣浮力和阻力，才使得雨滴落地時(shí)不會因速度太大而將動(dòng)植物砸傷。某次下暴雨，質(zhì)量m=2.510-5kg的雨滴，從高h(yuǎn)=2000m的云層下落（g取10m/s2）.（1）如果不考慮空氣浮力和阻力，雨滴做自由落體運(yùn)動(dòng)，落到地面經(jīng)t1=1.010-5s速度變?yōu)?