2020年上海市二模汇编—专题04 牛顿定律(解析版)

上海市2020届高三下学期5月第二次模拟物理试题分项汇编牛顿定律（11道题，包含4个选择题，3个填空题，4个计算题）一、选择题1、（2020·上海市浦东新区高三下学期5月二模）我们可以用“F =－F '”表示某一物理规律，该规律是（ ）A. 牛顿第一定律B. 牛顿第二定律C. 牛顿第三定律D. 万有引力定律【答案】C【解析】ABC ．根据牛顿第三定律可知，两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上，所以我们常常用F =－F '表示这一物理规律，故C 符合题意，AB 不符合题意；D ．万有引力定律是研究天体运动向心力来源规律，故D 不符合题意。

故选C 。

2、（2020·上海市虹口区高三下学期5月二模）物块与水平桌面间动摩擦因数为μ，在大小为F 、方向如图所示的力作用下，物块恰能匀速向右运动。

若改用方向不变、大小为2F 的力去推它，则物块的加速度大小为（ ）A. 0B. μgC. μgD. 2μg12【答案】C【解析】在大小为F 、方向如图所示的力作用下，物块恰能匀速向右运动。

设力与水平夹角为 ，根据平衡条件θcos (sin )F mg F θμθ=+改用方向不变、大小为2F 的力去推它2cos (2sin )F mg F ma θμθ-+=解得：a g μ=故C 正确ABD 错误。

故选C 。

3、（2020·上海市浦东新区高三下学期5月二模）将一只皮球竖直向上抛出，皮球运动时受到空气阻力的大小与速度的大小成正比．下列描绘皮球在上升过程中加速度大小a 与时间t 关系的图象，可能正确的是 A. B. C. D.【答案】C【解析】皮球竖直向上抛出，受到重力和向下的空气阻力，根据牛顿第二定律，有：，根据题意，空mg f ma +=气阻力的大小与速度的大小成正比，有：，联立解得： ；由于速度不断减小，故加速度f kv =kv a g m=+不断减小，到最高点速度为零，阻力为零，加速度为g ，不为零，故BD 均错误；根据，有kv a g m =+，由于加速度减小，则也减小，也减小，即a -t 图象的斜率不断减小，故A 错误，C 正a v t t ∆∆∝∆∆v t ∆∆a t∆∆确．4、（2020·上海市闵行区高三下学期5月二模）一物体在两个力F 1和F 2共同作用下产生的加速度为a ，换为一个力F 作用时产生的加速度为－a ，则（ ）A. F 称作F 1和F 2的合力B .a 与F 成正比，方向相同 C. 以F 1和F 2为邻边作平行四边形，则其对角线可表示为FD. 若F 1、F 2与F 同时作用在一个物体上，可使之处于平衡状态【答案】D【解析】ACD. F 1和F 2的作用效果与一个力F 作用效果相反，即F 1和F 2的合力与力F 大小相等方向相反，F 不为F 1和F 2的合力，以F 1和F 2为邻边作平行四边形，则其对角线不为F ， F 1、F 2与F 同时作用在一个物体上，可使之处于平衡状态，故D 正确AC 错误；B.由牛顿第二定律可知，a 与F 成正比，方向相反，故B 错误。

故选D 。

二、填空题5、（2020·上海市南洋模范中学高三下学期月考）在水平向右做匀加速直线运动的平板车上有如图所示的装置，其中圆柱体质量为 m ，左侧竖直挡板和右侧斜面对圆柱体的合力大小为 （g 为重力加速度），2mg 则此时车的加速度大小为______；若圆柱体与挡板及斜面间均无摩擦，当平板车的加速度突然增大时，斜面对圆柱体的弹力将___（选填“增大”、“不变”或“减小”）。

【答案】(1). (2). 不变【解析】[1]汽车向右做匀加速直线运动，所以小球的加速度水平向右，则小球所受合外力水平向右，所以有222(2)()()mg mg ma-=解得a==[2]对小球受力分析可知，斜面对圆柱体的作用力在竖直方向上始终和重力相等，所以当平板车的加速度突然增大时，斜面体对圆柱体的作用力始终不变。

6、（2020·上海市青浦区高三下学期5月二模）.如图所示，站在做匀加速直线运动的车厢内的人向前推车壁，人的质量为50kg，车厢的加速度大小为7.5m/s2，则车厢对此人的作用力大小为______N，车厢对此人的作用力方向与水平的夹角为_______度。

【答案】(1). 625(2). 53【解析】[1]因人和车有向右的加速度，则车对人在水平方向的合力为1==507.5N=375NF ma⨯车对人在竖直方向上有支持力，支持力大小为==500N N F mg 由力的合成可知，车对人的作用力为F[2]设车厢对此人的作用力方向与水平的夹角为，则α1cos =F F α解得=53α︒7、（2020·上海市嘉定区高三下学期5月二模）如图（a ）所示，一质量m =2kg 的物体在水平推力F 作用下由静止开始运动，水平推力F 随位移s 变化的图像如图（b ）所示。

已知物体与地面之间的动摩擦因数μ=0.5，则运动过程中物体的最大加速度a =______m/s 2；距出发点s’=______m 时物体的速度达到最大。

（g =10m/s 2）【答案】(1). 20 (2). 4【解析】 [1]由牛顿第二定律得F mg ma μ-=可知当推力最大即F =50N 时，物体的加速度最大，加速度为20m/s 2。

[2]由[1]可知，当即推力F 等于摩擦力时，物体的速度达到最大值。

由图像可知当推力为10N 时，物0a =体距出发点4m 。

三、计算题8、（2020·上海市闵行区高三下学期5月二模）将从空中下落的雨滴看作为球体，设它竖直落向地面的过程中所受空气阻力大小为f =kr 2v 2，其中v 是雨滴的速度大小，r 是雨滴半径，k 是比例系数。

设雨滴间无相互作用且雨滴质量不变，重力加速度为g 。

（1）试通过列式说明雨滴在下落过程中加速度如何变化；（2）设雨滴的密度为ρ，推导雨滴无风下落过程中的最大速度v m 与半径r 的关系式；（3）示意图中画出了半径为r 1、r 2（r 1>r 2）两种雨滴在空气中无初速下落的v–t 图线，其中对应半径为r 1的雨滴；（4）无风时，一般情况下小雨和暴雨雨滴落地时速度有何不同？说明该自然现象的原因。

【答案】（1）见解析；（2）3）①；（4）见解析 m v =【解析】（1）对雨滴受力分析如图所示由牛顿第二定律可得：mg f ma -=由题意可知f =kr 2v 2，即： 22kr v a g m=-雨滴下落过程中，速度v 与加速度a 方向相同，可见随着速度v 的增加，加速度a 减小，当阻力f 增大到与重力mg 一样大时，a 减小到零（或雨滴做加速度减小的加速运动，直至加速度为零。

）（2）根据上述推导 22kr v a g m=-当加速度为零时，雨滴速度最大，而雨滴质量为 34π3m r ρ=当加速度a =0，可得雨滴的最大速度：m v =（3）由（2）中雨滴的最大速度m v =r 1>r 2，则①是半径为r 1的雨滴； （4）一般情况下暴雨雨滴落地时速度要比小雨雨滴落地时速度的速度快由（2）结论，雨滴收尾速度m v =9、（2020·上海市普陀区高三下学期5月二模）如图，一质量m =2kg 的滑块套在与水平面成θ=37°的细直杆上，直杆固定不动。

现对滑块施加竖直向上的恒力F ，从某时刻起滑块由静止开始运动，经过t =2s 的时间，滑块通过的位移s =1m （g 取 10m/s 2，sin37°=0.6，cos37°=0.8）：(1)计算滑块运动的加速度大小；(2)若 F =15N ，计算滑块与细杆间的动摩擦因数；(3)若以滑块初始位置为零势能面，计算运动 2s 后滑块具有的重力势能；(4)若将重力场与电场类比，写出地球表面附近某点“重力势φG ”的定义及定义式，并指明其单位。

【答案】(1)；(2)0.5；(3)12J 或 -12J ；(4)；单位为（或）20.5m/s pG E m φ=J/kg 22m /s 【解析】(1)滑块静止释放后，做匀加速直线运动。

由可得 212s at = 2222221m/s =0.5m/s 2s a t ⨯==(2)因为F =15N<mg ，所以滑块沿斜面向下运动，其受力如图所示。

由牛顿第二定律得()sin mg F f ma θ--=()cos 0N mg F θ--=f N μ=因此()sin ()cos mg F mg F ma θμθ---=解得 ()sin (2015)0.620.50.5()cos (2015)0.8mg F ma mg F θμθ---⨯-⨯===--⨯(3) 若，则滑块沿沿斜面向上运动，F mg ＞sin 21010.6J=12J p E mgs θ==⨯⨯⨯若，则滑块沿斜面向下运动，F mg ＜sin 21010.6J=-12J p E mgs θ=-=-⨯⨯⨯(4)类比电场，可将地球表面附近某点“重力势”定义为：物体在重力场中某点的重力势能与其质量的比值，叫做该点的“重力势”。

若用表示“重力势”、表示重力势能、m 表示质量，则表达式为G φp EpG E m φ=单位为（或）J/kg 22m /s 10、（2020·上海市青浦区高三下学期5月二模）如图所示，AB 支架之间有一个滑杆，一个质量为m 的小环套在滑杆上，小环与滑杆间的摩擦系数为μ＝0.5，恒力F ＝2mg 作用在小环上，F 与滑杆的夹角为θ＝37︒，使小环从静止开始向右运动，在C 处撤去恒力F ，小环恰好可以运动到B 处停下。

不计空气阻力。

(1)求小环在AC 段的加速度；(2)分析并说明小环在整个运动过程中所受弹力的变化情况；(3)分析并计算小环在AC 段和CB 段滑行时间之比。

【答案】(1)15m/s 2；(2)见解析；(3)1:3【解析】(1)因为Fsin 37°>mg ，所以杆对环的支持力向下，对环进行受力分析： 设环受到的支持力为 ，在竖直方向有1N1+=sin 37mg N F ︒解得1=0.2N mg 由牛顿运动定律：11cos37=F N ma μ︒-代入数据可得：21=15m/s a (2) A 到C 的过程中，受力分析可知1=0.2N mg 弹力方向竖直向下，保持不变；C 到B 的过程中，设支持力为 ，受力分析可知2N2=N mg 方向竖直向上，保持不变；(3)如(2)中的受力分析，由牛顿第二定律可得：2=f ma=f mg μ解得22=5m/s a 设C 处的速度为v ，由运动学公式可得：1122==v a t a t 则12211==3t a t a 11、（2020·上海市松江区高三下学期5月二模）如图（a ）所示，斜面底部固定一垂直于斜面的挡板，小物块在斜面上由静止开始下滑，与挡板相碰（碰撞时间极短）后，再返回到斜面上某处速度减为0，此过程中小物块运动的v-t 图象如图（b ）所示，重力加速度为，不计空气阻力。