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2022高考物理一輪總復習 第三章 牛頓運動定律 專題強化1 板塊模型與多過程問題分析訓練 新人教版

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1、2022高考物理一輪總復習 第三章 牛頓運動定律 專題強化1 板塊模型與多過程問題分析訓練 新人教版 〔專題強化訓練〕 1.(2017·河南南陽一中月考)(多選)如圖所示,A、B兩物塊的質(zhì)量分別為2m和m,靜止疊放在水平地面上。A、B間的動摩擦因數(shù)為μ,B與地面間的動摩擦因數(shù)為。最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,重力加速度為g?,F(xiàn)對A施加一水平拉力F,則( BCD ) A.當F<2μmg時,A、B都相對地面靜止 B.當F=μmg時,A的加速度為μg C.當F>3μmg時,A相對B滑動 D.無論F為何值,B的加速度不會超過μg [解析] A、B之間的最大靜摩擦力為fmax=μmAg=

2、2μmg,B與地面間的最大靜摩擦力為f′max=μ(mA+mB)g=μmg,A、B發(fā)生相對滑動時的加速度為a=μg,此時有F-f′max=(m+2m)a,所以當F=μ·3mg+3ma=3μmg時,A、B將發(fā)生相對滑動;當μmg≤F<2μmg時,A、B之間不會發(fā)生相對滑動,B與地面間會發(fā)生相對滑動,A錯誤;當F=μmg<3μmg時,A、B間不會發(fā)生相對滑動,由牛頓第二定律有a′===μg,B正確;當F>3μmg時,A、B間發(fā)生相對滑動,C正確;A對B的最大摩擦力為2μmg,無論F為何值,B的加速度最大值為a=μg,D正確。 2.(2015·課標Ⅰ)一長木板置于粗糙水平地面上,木板左端放置一小物

3、塊;在木板右方有一墻壁,木板右端與墻壁的距離為4.5 m,如圖(a)所示。t=0時刻開始,小物塊與木板一起以共同速度向右運動,直至t=1 s時木板與墻壁碰撞(碰撞時間極短)。碰撞前后木板速度大小不變,方向相反;運動過程中小物塊始終未離開木板。已知碰撞后1s時間內(nèi)小物塊的v-t圖線如圖(b)所示。木板的質(zhì)量是小物塊質(zhì)量的15倍,重力加速度大小g取10 m/s2。求: (1)木板與地面間的動摩擦因數(shù)μ1及小物塊與木板間的動摩擦因數(shù)μ2; (2)木板的最小長度; (3)木板右端離墻壁的最終距離。 答案:(1)0.1 0.4 (2)6.0m (3)6.5m [解析] (1)根據(jù)圖象可以判

4、定碰撞前小物塊與木板共同速度為v=4m/s 碰撞后木板速度水平向左,大小也是v=4m/s 小物塊受到滑動摩擦力而向右做勻減速運動,根據(jù)牛頓第二定律有μ2g= 解得μ2=0.4 木板與墻壁碰撞前,勻減速運動時間t=1s, 位移x=4.5m,末速度v=4m/s 其逆運動則為勻加速直線運動,可得x=vt+at2 代入可得a=1m/s2 小物塊和木板整體受力分析,滑動摩擦力提供合外力,即μ1g=a 可得μ1=0.1 (2)碰撞后,木板向左勻減速,依據(jù)牛頓第二定律有 μ1(M+m)g+μ2mg=Ma1 可得a1=m/s2 對小物塊,則有加速度a2=4m/s2 小物塊速度先減小

5、到0,此時碰后時間為t1=1s 此時,木板向左的位移為x1=vt1-a1t=m, 末速度v1=m/s 小物塊向右位移x2=t1=2m此后,小物塊開始向左加速,加速度仍為a2=4m/s2 木板繼續(xù)減速,加速度仍為a1=m/s2 假設又經(jīng)歷t2二者速度相等, 則有a2t2=v1-a1t2 解得t2=0.5s 此過程,木板位移x3=v1t2-a1t=m, 末速度v3=v1-a1t2=2m/s 小物塊位移x4=a2t=m 此后小物塊和木板一起勻減速運動 二者的相對位移最大為Δx=x1+x3+x2-x4=6m 小物塊始終沒有離開木板,所以木板最小的長度為6m (3)最后階段小

6、物塊和木板一起勻減速直到停止,整體加速度a=μ1g=1m/s2 位移x5==2m 所以木板右端離墻壁最遠的距離為x1+x3+x5=6.5m 3.(2015·全國課標Ⅱ)下暴雨時,有時會發(fā)生山體滑坡或泥石流等地質(zhì)災害。某地有一傾角為θ=37°(sin37°=)的山坡C,上面有一質(zhì)量為m的石板B,其上下表面與斜坡平行;B上有一碎石堆A(含有大量泥土),A和B均處于靜止狀態(tài),如圖所示。假設某次暴雨中,A浸透雨水后總質(zhì)量也為m(可視為質(zhì)量不變的滑塊),在極短時間內(nèi),A、B間的動摩擦因數(shù)μ1減小為,B、C間的動摩擦因數(shù)μ2減小為0.5,A、B開始運動,此時刻為計時起點;在第2s末,B的上表面突然變

7、為光滑,μ2保持不變。已知A開始運動時,A離B下邊緣的距離l=27m,C足夠長。設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力。取重力加速度大小g=10m/s2。求: (1)在0~2s時間內(nèi)A和B加速度的大小; (2)A在B上總的運動時間。 答案:(1)3m/s2 1m/s2 (2)4s [解析] (1)在0~2s內(nèi),A和B受力如圖所示: 由滑動摩擦力公式和力的平衡條件得: f1=μ1N1① N1=mgcosθ② f2=μ2N2③ N2=N1+mgcosθ④ 以沿著斜面向下為正方向,設A和B的加速度分別為a1,a2。由牛頓第二定律可得: mgsinθ-f1=ma1⑤ mgsinθ

8、-f2+f1=ma2⑥ 聯(lián)立以上各式可得a1=3m/s2⑦ a2=1m/s2⑧ (2)在t1=2s,設A和B的速度分別為v1,v2,則 v1=a1t1=6m/s⑨ v2=a2t1=2m/s⑩ t>t1時,設A和B的加速度分別為a′1,a′2,此時A、B之間摩擦力為零,同理可得: a′1=6m/s2? a′2=-2m/s2? 即B做勻減速,設經(jīng)時間t2,B的速度為零,則: v2+a′2t2=0? 聯(lián)立??可得t2=1s? 在t1+t2時間內(nèi),A相對于B運動的距離為 s=-= 12m<27m? 此后B靜止不動,A繼續(xù)在B上滑動,設再經(jīng)時間t3后,A離開B,則有l(wèi)-s=

9、(v1+a′1t2)t3+a′1t 可得,t3=1s(另一解不合題意,舍去) 設A在B上的運動時間為t總。 t總=t1+t2+t3=4s (利用下面的速度圖象求解,正確的,參照上述答案參考給分) 4.(2017·湖南郴州質(zhì)量監(jiān)測)如圖所示,平板小車靜止于水平地面上,在其最右端放一可視為質(zhì)點的小木塊,已知木塊的質(zhì)量m=1kg,小車的質(zhì)量M=4kg,上表面與木塊間的動摩擦因數(shù)μ=0.3,地面給小車的阻力與地面所受正壓力成正比,比值為λ=0.2?,F(xiàn)用向右的水平恒力F=30N拉平板小車,該水平恒力F作用時間t1=2s,g取10m/s2,求: (1)水平恒力F作用過程中,木塊和小車

10、的加速度各為多大; (2)水平恒力F撤去后,木塊再經(jīng)過一段時間后恰好停在小車左端,則小車長L為多少; (3)小車從開始運動到最終停下來運動的距離為多少。 答案:(1)3m/s2 m/s2 (2)3m (3)24.6m [解析] (1)水平恒力F作用的過程中,木塊的加速度a1=μg=3m/s2,小車的加速度a2==m/s2 (2)t1=2s內(nèi),木塊的位移x1=a1t=6m。t1=2s內(nèi),小車的位移 x2=a2t=8.5m t1=2s末,木塊的速度v1=a1t1=6m/s,小車的速度v2=a2t1=8.5m/s 水平恒力F撤去后,木塊的加速度a1不變 小車的加速度a2′==m/s2,方向向左 木塊停在小車左端時,木塊與小車速度相等,v=v1+a1t2=v2-a2′t2 得t2=0.4s,v=7.2m/s 恒力F撤去后,木塊的位移x1′=v1t2+a1t=2.64m 恒力F撤去后,小車的位移x2′=v2t2-a2′t=3.14m 木板長度L=(x2-x1)+(x2′-x1′)=3m (3)達到共同速度后,二者一起做勻減速運動,有 a=λg=2m/s2 共同做勻減速直線運動的位移x3==12.96m 小車運動的總位移x=x2+x2′+x3=24.6m

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