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

專題3.7 與牛頓運動定律相關(guān)的實際問題一、選擇題1.（2018開封質(zhì)檢）某實驗小組設(shè)計了一個模型火箭，由測力計測得其重力為G。通過測量計算此火箭發(fā)射時刻提供大小為F=2G的恒定推力，且持續(xù)時間為t。隨后小明又對設(shè)計方案進行了改進，采用二級推進的方式，即當(dāng)火箭飛行經(jīng)過t/2時，火箭丟棄一半的質(zhì)量，剩余t/2時間，火箭推動剩余的一半繼續(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時刻向上的速度v1=a1t/2=gt/2，丟棄一般質(zhì)量后，由牛頓運動定律，F(xiàn)-G=ma2，解得a2=3g；t/2時間加速上升高度H2=v1 t/2+a2（t/2）2=gt2，t時刻向上的速度v2= v1+a2t/2=2gt，失去推力后，做豎直上拋運動，上升高度H3=2gt2，H=H1+ H2+ H3=gt2+gt2+2gt2= gt2=H=2.75H，選項C正確。2（2018洛陽一模）如圖所示，某科研單位設(shè)計了一空間飛行器，飛行器從地面起飛時，發(fā)動機提供的動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)時間t后，將動力的方向沿逆時針旋轉(zhuǎn)60同時適當(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，下列說法中正確的是( ) A加速時動力的大小等于mgB加速時加速度的大小為gC減速時動力的大小等于mgD減速飛行時間t后速度為零【參考答案】BC【命題意圖】 本題考查力的合成、牛頓運動定律及其相關(guān)的知識點。 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。它是能體驗強烈失重、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時制動系統(tǒng)開始啟動，座艙勻減速運動到地面時剛好停止若某游客手中托著質(zhì)量為1 kg的飲料瓶進行這個游戲，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，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，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，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，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，處于完全失重狀態(tài)；故飲料瓶對手的壓力為零選項B正確A錯誤。座艙自由落體過程，有：v2=2g（H-h）座艙勻減速運動到地面過程，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，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，手要用26.6N的力才能托住飲料瓶，選項C錯誤D正確。4.（2016山西太原期末）“娛樂風(fēng)洞”是一種驚險的娛樂項目。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,水平橫躺時受風(fēng)面積最大,站立時受風(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，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點由靜止開始下落;經(jīng)過B點時,立即調(diào)整身姿為水平橫躺并保持；到達底部的C點時速度恰好減為零。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時風(fēng)力的瞬時功率為【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，恰好可以靜止或勻速漂移，故可以求得重力G=Fm，人站立時風(fēng)力為Fm，其下落加速度a1=g；人平躺下落時，其加速度a2=g，即表演者加速度的最大值是g，因而選項A錯誤；設(shè)B點的高度是h，下降的最大速度為v，根據(jù)勻變速直線運動規(guī)律，有v2=2a1(H-h）, v2=2a2h,，聯(lián)立解得：h=H，選項B錯誤；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C正確。若保持水平橫躺, 人平躺上升時，其加速度a=g，表演者從C返回到A時，速度v=，風(fēng)力的瞬時功率為P=Fmv=2mg=2,選項D錯誤。 5. 用遙控直升機下輕繩懸掛質(zhì)量為m的攝像機可以拍攝學(xué)生在操場上的跑操情況。開始時遙控直升機懸停在C點正上方。若遙控直升機從C點正上方運動到D點正上方經(jīng)歷的時間為t，已知CD之間距離為L，直升機的質(zhì)量為M，直升飛機的運動視作水平方向的勻加速直線運動。在拍攝過程中懸掛攝影機的輕繩與豎直方向的夾角始終為，假設(shè)空氣對攝像機的作用力始終水平。則 A輕繩中的拉力FT=mg/cosB遙控直升機加速度a=gtanC直升機所受的合外力為F合=D這段時間內(nèi)空氣對攝像機作用力的大小為【參考答案】.AD【名師解析】對攝像機受力分析，攝像機受到輕繩拉力FT和重力mg，由FTcos=mg，解得輕繩中的拉力FT= mg /cos，選項A正確。由L=at2，解得遙控直升機加速度a=，選項B錯誤。直升機所受的合外力為F合=Ma= ，選項C錯誤。設(shè)攝像機受到的風(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D正確。 二、計算題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，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、機動性強等優(yōu)點?，F(xiàn)進行試驗：無人機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.處已知無人機的質(zhì)量m4kg，無論動力是否啟動，無人機上升、下降過程中均受空氣阻力，且大小恒為f4 N.取g10 m/s2，求(1）無人機的額定功率；（2）當(dāng)懸停在H高處時，突然關(guān)閉動力設(shè)備無人機由靜止開始豎直墜落，2s末啟動動力設(shè)備，無人機立即獲得向上的恒力F，使其到達地面時速度恰好為0，則F是多大？ 【參考答案】（1）107W（2）43.2N考點：牛頓第二定律的綜合應(yīng)用2.（黑龍江省大慶實驗中學(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， 軌道間的動摩擦因數(shù)均為，ABC三點正好是圓上三點， 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點靜止釋放，分別沿ABC軌道和AC直軌道運動，忽略小球滑過B處時能量損耗. 求: （1）小球在AB軌道上運動的加速度；（2）小球沿ABC軌道運動到達C點時的速率；（3）若AB、BC、AC軌道均光滑，如果沿ABC軌道運動到達C點的時間與沿AC直軌道運動到達C點的時間之比為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)軌做自由落體運動，運動時間為t，則有： 解得軌道均光滑，小球由A到B機械能守恒，設(shè)B點的速度為vB，則解得且依等時圓，tAB=t 以后沿BC直導(dǎo)軌運動的加速度，且故代入數(shù)據(jù)解得：考點：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，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動，不考慮氣球受到的空氣阻力及拋出物體時氣球速度的變化，氣球運動過程中浮力視為恒力，重力加速度，求拋出物體時氣球離地的最小高度。【參考答案】 設(shè)拋出壓艙物時氣球離地高度，此時速度為， 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：牛頓第二定律；勻變速直線運動的速度與時間的關(guān)系【名師點睛】本題結(jié)合實際情景來將運動與力學(xué)題目相結(jié)合起來，主要讓學(xué)生掌握如何由運動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，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。無人機的質(zhì)量為m=2kg，運動過程中所受空氣阻力大小恒為f=4N，當(dāng)無人機在地面上從靜止開始，以最大升力豎直向上起飛，經(jīng)時間t=4s時離地面的高度為h=48m，g取10m/s2。求： （1）其動力系統(tǒng)所能提供的最大升力為多大？（2）當(dāng)無人機懸停在距離地面高度H=180m處時，由于動力設(shè)備故障，無人機突然失去全部升力，從靜止開始豎直墜落，經(jīng)5s后無人機瞬間又恢復(fù)最大升力，則無人機到達地面時速度為多大？ 5.（12分）（2016上海寶山期末）一架質(zhì)量m2.0104kg的飛機，發(fā)動機提供的推力恒為F1，起飛速度為vM100m/s，在水平跑道上起飛時跑道至少長s1400m?，F(xiàn)要使該飛機能在s2100m的航母跑道上起飛，需用電磁彈射器輔助。假設(shè)電磁彈射器對飛機施加恒定推力F2，飛機在地面和航母跑道上運動時所受的阻力均為f1.0104N，求：（1）飛機發(fā)動機的推力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。【名師解析】（1）在地面上勻加速運動， （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，滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)為，木板與滑塊處在場強大小為E=4mg/q的勻強電場中，電場方向水平向左，若電動機通過一根絕緣細繩拉動滑塊，使之勻加速向上移動，當(dāng)滑塊與木板分離時，滑塊的速度大小為v此過程中電動機對滑塊做的功為W（重力加速度為g） （1）求滑塊向上移動的加速度大??；（2）寫出從滑塊開始運動到與木板分離的過程中木板增加的機械能隨時間變化的函數(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）滑塊向上移動的加速度大小為 ；（2）從滑塊開始運動到與木板分離的過程中木板增加的機械能隨時間變化的函數(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）某運動員做跳傘訓(xùn)練，他從懸停在空中的直升飛機上由靜止落下，如圖所示，經(jīng)過8s后打開降落傘，運動員做勻減速直線運動，再經(jīng)過16s后剛好到達地面，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間。已知人和傘的總質(zhì)量m=60kg。求：（1）打開降落傘時運動員的速度大小；（2）打開降落傘后運動員的加速度大??；（3）打開降落傘后運動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動運動 （2分）得： （1分）（2）打開降落傘后，人和傘一起做勻減速直線運動 （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)陽光體育活動跑操過程如圖所示。環(huán)形跑道由矩形ABCD和兩個半圓BEC、DFA組成。已知AB長L，AD長d。跑操時，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。某人用遙控直升機下懸掛質(zhì)量為m的攝像機拍攝跑操情況。開始時遙控直升機懸停在C點正上方。 （1）小王在跑操前正好站在A點，聽到起跑命令后從靜止開始沿AB方向做勻加速直線運動，到達AB中點時速度達到v，然后勻速率跑動。求小王跑完一圈所用的時間；（2）若遙控直升機從C點正上方運動到D點正上方經(jīng)歷的時間為t，直升飛機的運動視作水平方向的勻加速直線運動。在拍攝過程中懸掛攝影機的輕繩與豎直方向的夾角始終為，假設(shè)空氣對攝像機的作用力始終水平。試計算這段時間內(nèi)空氣對攝像機作用力的大小。 (2)由C到D有設(shè)攝像機受到的風(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動，則雨滴落到地面時，對地表動植物危害十分巨大。實際上，動植物都沒有被雨滴砸傷。因為雨滴下落時不僅受到重力。還受到空氣浮力和阻力，才使得雨滴落地時不會因速度太大而將動植物砸傷。某次下暴雨，質(zhì)量m=2.510-5kg的雨滴，從高h=2000m的云層下落（g取10m/s2）.（1）如果不考慮空氣浮力和阻力，雨滴做自由落體運動，落到地面經(jīng)t1=1.010-5s速度變?yōu)?