1、第四章牛顿运动定律(60分钟60分)一、选择题(本题共9小题,每小题3分,共27分)1.下面是摘自上个世纪美国报纸上的一篇小文章:阿波罗登月火箭在脱离地球飞向月球的过程中,飞船内航天员通过无线电与在家中上小学的儿子汤姆通话。航天员:“汤姆,我们现在已关闭火箭上所有的推动机,正向月球飞去。”汤姆:“你们关闭了所有推动机,那么靠什么力量推动火箭向前运动?”航天员犹豫了半天,说:“我想大概是伽利略在推动飞船向前运动吧。”若不计星球对火箭的作用力,由上述材料可知下列说法错误的是()A.汤姆问话所体现的物理思想是“力是维持物体运动的原因”B.航天员答话所体现的物理思想是“力是维持物体运动的原因”C.航天
2、员答话所体现的物理思想是“物体运动不需要力来维持”D.航天员答话的真实意思是火箭正在依靠惯性飞行【解析】选B。从材料中的对话内容可知:汤姆问话所体现的思想是“力是维持物体运动的原因”,航天员答话体现的思想是“物体运动不需要力来维持,由于惯性的原因,物体会维持运动”,故B错误。2.如图所示,甲、乙两人正在进行“掰手腕”游戏,关于他们的手之间的力,下列说法正确的是()A.甲掰赢了乙,是因为甲手对乙手的作用力大于乙手对甲手的作用力B.只有当甲乙僵持不分胜负时,甲手对乙手的作用力才等于乙手对甲手的作用力C.甲、乙比赛对抗时,无法比较甲手对乙手的作用力和乙手对甲手的作用力的大小关系D.无论谁胜谁负,甲手
3、对乙手的作用力大小等于乙手对甲手的作用力大小【解析】选D。甲、乙的手之间的相互作用力总是大小相等方向相反,作用在一条直线上。只有D正确。3.如图所示,物体甲、乙质量均为m,弹簧和悬线的质量可忽略。当悬线被烧断的瞬间,甲、乙的加速度分别为()A.a甲=g,方向竖直向下B.a甲=0C.a乙=0D.a乙=g,方向竖直向下【解析】选D。弹簧弹力为2mg,当线断时,弹力大小不变,对甲物体:2mg-mg=ma甲,a甲=g,方向竖直向上,A、B错误;对乙物体,它将做自由落体运动,a乙=g,方向竖直向下,C错误,D正确。【加固训练】如图所示,吊篮P悬挂在天花板上,与吊篮质量相等的物体Q被固定在篮中的轻弹簧托住
4、,当悬挂的细绳烧断的瞬间,吊篮P与Q的加速度大小可能是()A.aP=aQ=gB.aP=2g,aQ=gC.aP=2g,aQ=0D.aP=g,aQ=2g【解析】选C。绳断瞬间,弹簧弹力未变,Q受力未变,故aQ=0,而吊篮P受重力mg和弹簧给吊篮P的弹力,大小等于mg,根据牛顿第二定律,其加速度为2g,故C正确,A、B、D错误。4.几位同学为了探究电梯启动和制动时的运动状态变化情况,他们将体重计放在电梯中,一位同学站在体重计上,然后乘坐电梯从1层直接到10层,之后又从10层直接回到1层。用照相机进行了相关记录,如图所示。图1为电梯静止时体重计的照片,图2、图3、图4和图5分别为电梯运动过程中体重计的
5、照片。根据照片推断正确的是()A.根据图2推断电梯一定处于加速上升过程,电梯内同学可能处于超重状态B.根据图3推断电梯一定处于减速下降过程,电梯内同学可能处于失重状态C.根据图4推断电梯可能处于减速上升过程,电梯内同学一定处于失重状态D.根据图5推断电梯可能处于加速下降过程,电梯内同学一定处于超重状态【解析】选C。由题图可知,图2、图5示数大于重力为超重状态,电梯可能处于加速上升过程或减速下降过程;图3、图4示数小于重力,该同学处于失重状态,电梯可能处于向下加速过程,也可能处于向上减速过程,C正确。5.如图所示,倾角为的足够长的粗糙斜面固定在水平地面上,质量为M的木块上固定一轻直角支架,在支架
6、末端用轻绳悬挂一质量为m的小球。由静止释放木块,木块沿斜面下滑,稳定后轻绳与竖直方向夹角为,则木块与斜面间的动摩擦因数为()A.=tanB.=tanC.=tan(-)D.=tan(+)【解析】选C。对小球受力分析,由牛顿第二定律得mgsin-FTcos(90-+)=ma,mgcos=FTsin(90-+),解得a=gsin-gcostan(-);对小球和木块整体受力分析得a=gsin-gcos,所以动摩擦因数为=tan(-),C正确。6.如图所示,粗糙的传送带与水平方向夹角为,当传送带静止时,在传送带上端轻放一小物块,物块下滑到底端所用时间为T,则下列说法正确的是()A.当传送带顺时针转动时,
7、物块下滑的时间可能大于TB.当传送带顺时针转动时,物块下滑的时间可能小于TC.当传送带逆时针转动时,物块下滑的时间等于TD.当传送带逆时针转动时,物块下滑的时间小于T【解析】选D。当传送带顺时针转动时,物块受重力、支持力和沿传送带向上的摩擦力,向下做匀加速直线运动的加速度与传送带静止时加速度相同,所以物块下滑的时间等于T,故A、B错误;当传送带逆时针转动时,开始时物块受重力、支持力和沿传送带向下的摩擦力,向下做匀加速直线运动的加速度大于其在传送带静止时的加速度,则物块下滑的时间小于T,故C错误,D正确。【加固训练】如图所示为运送粮袋的传送装置,已知AB间长度为L,传送带与水平方向的夹角为,工作
8、时运行速度为v,粮袋与传送带间的动摩擦因数为,正常工作时工人在A点将粮袋放到运行中的传送带上,关于粮袋从A到B的运动(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力),以下说法正确的是()A.粮袋到达B点的速度小于vB.粮袋开始运动的加速度为g(sin-cos),若L足够大,则以后将以速度v做匀速运动C.若gsin 【解析】选C。粮袋在传送带上可能一直做匀加速运动,到达B点时的速度小于v;可能先匀加速运动,当速度与传送带相同后,做匀速运动,到达B点时速度与v相同;也可能先做加速度较大的匀加速运动,当速度与传送带相同后做加速度较小的匀加速运动,到达B点时的速度大于v,故A错误;粮袋开始时受到沿斜面向下的滑动摩擦力
9、,大小为mgcos ,根据牛顿第二定律得,加速度a=g(sin +cos ),故B错误;若a2,N1N2B.a1a2,N1a2,N1=N2【解析】选D。对甲图整体分析:F=(mA+mB)a1,再对B分析:N1=mBa1,解得:a1=,N1=。对乙图整体分析:F-(mA+mB)gsin=(mA+mB)a2再对B分析:N2-mBgsin=mBa2,解得:a2=-gsin,N2=综上a1a2,N1=N2,D正确。二、实验题(共5分)10.某同学用如图所示的装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验,当小车的质量一定时,测得小车的加速度a与拉力F的数据如表:F/N0.200.300.400.500.60
10、a/(ms-2)0.100.230.270.400.49(1)根据表中数据,在如图所示坐标系中作出图像。(2)图线存在截距,其原因是_。(3)考虑(2)中的原因,由图像可得出的结论是_。【解析】(1)描点作图如图所示,画出一条直线。(2)由图像可知,当细线的拉力增大到一定数值时才产生加速度,说明有阻力作用。(3)所有点大致分布在一条直线上,考虑(2)中分析的摩擦力,因此在误差允许的范围内可以认为在物体质量一定时,加速度与所受到的合外力成正比。答案:(1)见解析图(2)桌面与小车之间存在摩擦力(3)在物体质量一定时,加速度与所受到的合外力成正比三、计算题(本题共3小题,共28分。要有必要的文字说
11、明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)11. (9分)在水平地面上有一个质量为4.0 kg的物体,物体在水平拉力F的作用下由静止开始运动。10 s后拉力大小减小为,并保持恒定。该物体的速度时间图像如图所示(取g=10 m/s2)。求:(1)物体所受到的水平拉力F的大小。(2)该物体与地面间的动摩擦因数。【解析】(1)物体的运动分为两个过程,由题图可知两个过程的加速度分别为:a1=1 m/s2a2=-0.5 m/s2物体受力分析如图甲、乙所示:对于两个过程,由牛顿第二定律得:F-f=ma1-f=ma2联立以上二式解得:F=9 Nf=5 N(2)由滑动摩擦力公式得:f=N=mg解得=0.125答案
12、:(1)9 N(2)0.125【加固训练】民用航空客机的机舱除通常的舱门外还设有紧急出口,发生意外情况的飞机着陆后,打开紧急出口的舱门,会自动生成一个由气囊组成的斜面,机舱中的乘客就可以沿斜面迅速滑行到地面上。若某型号的客机紧急出口离地面高度为4.0 m,构成斜面的气囊长度为5.0 m,要求紧急疏散时,乘客从气囊上由静止下滑到达地面的时间不超过2.0 s。(取g=10 m/s2)则:(1)乘客在气囊上下滑的加速度至少为多大?(2)气囊和下滑乘客间的动摩擦因数不得超过多少?【解析】 (1)乘客在气囊组成的斜面的受力示意图如图所示,h=4.0 m,L=5.0 m,t=2.0 s,斜面倾角为,则si
13、n =0.8,cos =0.6设乘客沿气囊下滑过程的加速度至少为a,则L=at2解得a=2.5 m/s2(2)对乘客进行受力分析,沿x方向有mgsin -Ff=ma沿y方向有FN-mgcos =0又Ff=FN联立方程解得=0.92答案:(1)2.5 m/s2(2)0.9212. (9分)如图是上海中心大厦,质量为60 kg的泽楷同学乘坐大厦快速电梯,从底层到达第119层观光平台仅用时t=55 s。若电梯先以加速度a1做匀加速运动,经过20 s达到最大速度vm=18 m/s,然后以最大速度匀速运动,最后以加速度a2做匀减速运动恰好到达观光平台。假定观光平台高度为H=549 m,重力加速度g取10
14、 m/s2。求:(1)加速度a1及上升高度h。(2)在匀加速上升过程中泽楷同学对电梯地板的压力。(3)电梯匀速运动的时间。【解析】(1)vm=a1t1代入数据得:a1=0.9 m/s2,方向竖直向上h=t1代入数据得:h=180 m(2)根据牛顿第二定律:F-mg=ma1代入数据得:F=654 N由牛顿第三定律得:泽楷同学对电梯地板的压力为654 N,方向竖直向下(3)匀速运动和匀减速运动的位移:vmt2+(t-t1-t2)=H-h代入数据得:t2=6 s答案:(1)0.9 m/s2方向竖直向上180 m(2)654 N方向竖直向下(3)6 s13.(10分)如图所示,一小轿车从高为10 m、
15、倾角为37的斜坡顶端从静止开始向下行驶,当小轿车到达底端时进入一水平面,在距斜坡底端115 m的地方有一池塘,发动机在斜坡上产生的牵引力为2103 N,在水平地面上调节油门后,发动机产生的牵引力为1.4104 N,小轿车的质量为2 t,小轿车与斜坡及水平地面间的动摩擦因数均为0.5(g取10 m/s2)。求:(1)小轿车行驶至斜坡底端时的速度大小。(2)为使小轿车在水平地面上行驶而不掉入池塘,在水平地面上加速的时间不能超过多少?(轿车在行驶过程中不采用刹车装置)【解析】(1)小轿车在斜坡上行驶时,由牛顿第二定律得F1+mgsin37-mgcos37=ma1代入数据得斜坡上小轿车的加速度大小a1
16、=3 m/s2由=2a1x1=得行驶至斜坡底端时的速度v1=10 m/s。(2)在水平地面上加速时F2-mg=ma2代入数据得加速度大小a2=2 m/s2关闭油门后减速mg=ma3,代入数据得加速度大小a3=5 m/s2设关闭油门时轿车的速度为v2,+=x2得v2=20 m/s,t=5 s即在水平地面上加速的时间不能超过5 s。答案:(1)10 m/s(2)5 s(30分钟40分)14.(5分)(多选)如图所示,甲、乙两车均在光滑的水平面上,质量都是M,人的质量都是m,甲车上的人用力F推车,乙车上的人用等大的力F拉绳子(绳与轮的质量和摩擦均不计);人与车始终保持相对静止。下列说法正确的是()A
17、.甲车的加速度大小为B.甲车的加速度大小为0C.乙车的加速度大小为D.乙车的加速度大小为0【解析】选B、C。对甲图中人和车组成的系统受力分析,在水平方向的合外力为0(人的推力F是内力),故a甲=0,A错误,B正确;乙图中,人拉绳的力为F,则绳拉人和绳拉车的力均为F,对人和车组成的系统受力分析,水平方向合外力为2F,由牛顿第二定律知:a乙=,则C正确,D错误。15.(5分)(多选)我国有一种传统的民族体育项目叫作“押加”,实际上相当于两个人拔河,如果甲、乙两人在押加比赛中,甲获胜,则下列说法中正确的是()A.甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力,所以甲获胜B.当甲把乙拉过去时,甲对乙的拉力大小等于乙对甲
18、的拉力大小C.当甲把乙加速拉过去时,甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力D.甲对乙的拉力大小始终等于乙对甲的拉力大小,只是地面对甲的摩擦力大于地面对乙的摩擦力,所以甲获胜【解析】选B、D。物体的运动状态是由其自身的受力情况决定的,只有当物体所受的合外力不为零时,物体的运动状态才会改变,不论物体处于何种状态,物体间的作用力与反作用力总是大小相等,方向相反,由于它们作用在不同的物体上,其效果可以不同。甲加速前进的原因是甲受到的地面的摩擦力大于绳子对甲的拉力;乙加速后退的原因是绳子对乙的拉力大于乙受到的地面的摩擦力;但是,根据牛顿第三定律,甲对乙的拉力大小始终等于乙对甲的拉力大小。故B、D正确。16.(5分
19、)(多选)如图甲所示,绷紧的水平传送带始终以恒定速率v1运行。初速度大小为v2的小物块从与传送带等高的光滑水平地面上的A处滑上传送带。若从小物块滑上传送带开始计时,小物块在传送带上运动的v-t图像(以地面为参考系)如图乙所示。已知v2v1,则()A.t1时刻,小物块离A处的距离达到最大B.t2时刻,小物块相对传送带滑动的距离达到最大C.0t2时间内,小物块受到的摩擦力方向先向右后向左D.0t3时间内,小物块始终受到大小不变的摩擦力作用【解析】选A、B。该题考查传送带问题,主要是利用隔离法分析,由v-t图像可知,小物块先向左减速到零,然后再向右加速到v1,以后与传送带一起做匀速运动,由于v2v1
20、,所以相对地面来说,向左减速的位移大于向右加速运动的位移。t1时刻,小物块离A点的距离最大,A正确;t2时刻二者相对位移最大,B正确;0t2时间内,加速度不变,摩擦力不变,C错误;t2t3时间内小物块不受摩擦力的作用,D错误。【加固训练】(多选)如图所示,A、B两物块的质量分别为2m和m,静止叠放在水平地面上。A、B间的动摩擦因数为,B与地面间的动摩擦因数为。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g。现对A施加一水平拉力F,则()A.当F3mg时,A相对B滑动D.无论F为何值,B的加速度不会超过g【解析】选B、C、D。A、B间的最大静摩擦力为2mg,B和地面之间的最大静摩擦力为mg,对A、
21、B整体,只要Fmg,整体就会相对地面运动,选项A错误;当A对B的摩擦力为最大静摩擦力时,A、B将要发生相对滑动,故A、B一起运动的加速度的最大值满足2mg-mg=mamax,B运动的最大加速度amax=g,选项D正确;对A、B整体,有F-mg=3mamax,得F=3mg,则F3mg时两者会发生相对滑动,选项C正确;当F=mg时,两者相对静止,一起滑动,加速度满足F-mg=3ma,解得a=g,选项B正确。17.(10分)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中:(1)某同学在接通电源进行实验之前,将实验器材组装成如图所示的装置图。请你指出该装置中的两处错误或不妥之处:_;_。(2)改正实验装置后
22、,该同学顺利地完成了实验。如图是他在实验中得到的一条纸带,图中相邻两计数点的时间间隔为0.1 s,由图中的数据可算得小车的加速度a为_m/s2。(结果保留两位有效数字)(3)为保证绳子对小车的拉力约等于小盘和重物的总重力mg,小盘和重物的总质量m与小车的质量M应满足的关系是_。【解析】(1)打点计时器的电源不应使用干电池,应使用交流电源。小车初始位置离打点计时器太远(或实验中没有平衡摩擦力)。(2)由纸带数据可得x1=0.72 cm,x2=1.63 cm-0.72 cm=0.91cm,x3=2.74 cm-1.63 cm=1.11 cm,x4=4.04 cm-2.74 cm=1.30 cm,用
23、逐差法求加速度,a= m/s2=0.20 m/s2(3)为保证绳子对小车的拉力约等于小盘和重物的总重力mg,小盘和重物的总质量m必须远小于小车的质量M,即mM。答案:(1)打点计时器的电源不应使用干电池,应使用交流电源小车初始位置离打点计时器太远(或实验中没有平衡摩擦力)(2)0.20(3)mM18.(15分)(2020泰州高一检测)如图所示,一质量m=0.4 kg的小物块,以v0=2 m/s的初速度,在与斜面成某一夹角的拉力F作用下,沿斜面向上做匀加速运动,经t=2 s的时间物块由A点运动到B点,A、B之间的距离L=10 m。已知斜面倾角=30,物块与斜面之间的动摩擦因数=。重力加速度g取10 m/s2。(1)求物块加速度的大小及到达B点时速度的大小。(2)拉力F与斜面的夹角多大时,拉力F最小?拉力F的最小值是多少?【解析】(1)物块做匀加速直线运动,根据运动学公式,有:L=v0t+at2v=v0+at得:a=3 m/s2,v=8 m/s。(2)对物块受力分析,受重力、拉力、支持力和滑动摩擦力,如图:根据牛顿第二定律,有:平行斜面方向:Fcos-mgsin30-f=ma垂直斜面方向:Fsin+N-mgcos30=0其中:f=N联立计算得出:F=故当=30时,拉力F有最小值,为Fmin= N。答案:(1)3 m/s28 m/s(2)30 N 关闭Word文档返回原板块