1、课时训练21用牛顿运动定律解决问题(一)题组一从受力情况确定运动情况1.质量为1吨的汽车在平直公路上以10 m/s的速度匀速行驶。阻力大小不变,从某时刻开始,汽车牵引力减小2 000 N,那么从该时刻起经过6 s,汽车行驶的路程是() A.50 mB.42 mC.25 mD.24 m解析:牵引力减少2 000 N后,物体所受合力为2 000 N,由F=ma,2 000=1 000a,a=2 m/s2,汽车需t= s=5 s停下来,故6 s内汽车前进的路程x= m=25 m,选项C正确。答案:C2.如图所示为两个等高的光滑斜面AB、AC,将一可视为质点的滑块由静止在A点释放。沿AB斜面运动,运动
2、到B点时所用时间为tB;沿AC斜面运动,运动到C点所用时间为tC,则()A.tB=tCB.tBtCC.tBtCD.无法比较解析:设斜面倾角为,对m利用牛顿第二定律解得加速度a=gsin ,解几何三角形得位移x=,据x=at2得t=,显然C对。答案:C3.假设汽车紧急制动后,受到的阻力与汽车所受重力的大小差不多。当汽车以20 m/s的速度行驶时,突然制动,它还能继续滑行的距离约为()A.40 mB.20 mC.10 mD.5 m解析:由题意可知关闭发动机后,汽车的加速度a=g,所以滑行的距离x=20 m。故选B。答案:B题组二从运动情况确定受力情况4.行车过程中,如果车距不够,刹车不及时,汽车将
3、发生碰撞,车里的人可能受到伤害,为了尽可能地减轻碰撞引起的伤害,人们设计了安全带。假定乘客质量为70 kg,汽车车速为90 km/h,从踩下刹车到完全停止需要的时间为5 s,安全带对乘客的作用力大小约为(不计人与座椅间的摩擦)()A.450 NB.400 NC.350 ND.300 N解析:汽车的速度v0=90 km/h=25 m/s,设汽车匀减速的加速度大小为a,则a=5 m/s2,对乘客应用牛顿第二定律得F=ma=705 N=350 N,所以C正确。答案:C5.某消防队员从一平台上跳下,下落2 m后双脚着地,接着他用双腿弯曲的方法缓冲,使自己重心又下降了0.5 m,则在着地过程中地面对他双
4、脚的平均作用力估计为()A.自身所受重力的2倍B.自身所受重力的5倍C.自身所受重力的8倍D.自身所受重力的10倍解析:消防队员先自由下落h1=2 m,设脚着地时的速度为v,则h1=双脚着地后减速,重心再下降h2=0.5 m停下,设消防员在减速运动过程中的加速度大小为a,则h2=解组成的方程组得a=4g。根据牛顿第二定律得FN-mg=ma,FN=mg+ma=5mg,故B正确。答案:B6.质量m=20 kg的物体,在大小恒定的水平外力F的作用下,沿水平面做直线运动。02 s 内F与运动方向相反,24 s内F与运动方向相同。物体的速度时间图象如图所示。g取 10 m/s2,物体与水平面间的动摩擦因
5、数 =。解析:由图象可求出02 s内物体运动的加速度大小为a1=5 m/s2,由牛顿第二定律得F+mg=ma1,由图象可求出24 s内物体运动的加速度大小为 a2=1 m/s2。由牛顿第二定律得F-mg=ma2,=0.2。答案:0.2题组三综合考查7.(多选)如图所示,质量为m2的物体,放在沿平直轨道向左行驶的车厢底板上,并用竖直细绳通过光滑的定滑轮连接质量为m1的物体。当车向左匀加速运动时,与物体m1相连接的绳与竖直方向成角,m2与车厢相对静止。则()A.车厢的加速度为gsin B.绳对物体m1的拉力FT为C.底板对物体m2的支持力FN为(m2-m1)gD.物体m2所受底板的摩擦力Ff为m2
6、gtan 解析:以物体m1为研究对象,分析受力情况如图甲所示,根据牛顿第二定律得m1gtan =m1a,得a=gtan ,则车厢的加速度也为gtan 。则绳对物体m1的拉力FT=,故选项A错误,选项B正确。以物体m2为研究对象,分析其受力情况如图乙所示,根据牛顿第二定律有FN=m2g-FT=m2g-,Ff=m2a=m2gtan 。故选项C错误,选项D正确。答案:BD8.木块质量m=8 kg,在F=4 N的水平拉力作用下,沿粗糙水平面从静止开始做匀加速直线运动,经 t=5 s的位移x=5 m。g取10 m/s2,求:(1)木块与粗糙平面间的动摩擦因数。(2)若在5 s后撤去F,木块还能滑行多远?
7、解析:(1)由x=at2得a1=0.4 m/s2。由牛顿第二定律F-Ff=ma1得Ff=F-ma1=(4-80.4) N=0.8 N,由Ff=mg得=0.01。(2)撤去F后,木块受摩擦力Ff=mg=0.8 N,加速度a2=-g=-0.1 m/s2。5 s末的速度v=a1t=0.45 m/s=2 m/s。x= m=20 m。答案:(1)0.01(2)20 m(建议用时:30分钟)1.在交通事故的分析中,刹车线的长度是很重要的依据。刹车线是指汽车刹车后,停止转动的轮胎在地面上发生滑动时留下的滑动痕迹。在某次交通事故中,汽车的刹车线长度是14 m,假设汽车轮胎与地面间的动摩擦因数恒为0.7,g取1
8、0 m/s2,则汽车刹车前的速度为() A.7 m/sB.10 m/sC.14 m/sD.20 m/s解析:设汽车刹车后滑动的加速度大小为a,由牛顿第二定律可得mg=ma,所以a=g,由匀变速直线运动的规律得=2as,故汽车刹车前的速度为v0=14 m/s,选项C正确。答案:C2.质量为2 kg的物体静止在足够大的水平地面上,物体与地面间的动摩擦因数为0.2,最大静摩擦力与滑动摩擦力大小视为相等。从 t=0时刻开始,物体受到方向不变、大小呈周期性变化的水平拉力F的作用,F随时间t的变化规律如图所示。重力加速度g取10 m/s2,则物体在t=0至t=12 s这段时间的位移大小为()A.18 mB
9、.54 mC.72 mD.198 m解析:物体与地面间最大静摩擦力Ff=mg=0.2210 N=4 N。由题给F-t图象知03 s内,F=4 N,说明物体在这段时间内保持静止不动。36 s内,F=8 N,说明物体做匀加速运动,加速度 a=2 m/s2。6 s末物体的速度v=at=23 m/s=6 m/s,在69 s内物体以6 m/s的速度做匀速运动。912 s内又以2 m/s2的加速度做匀加速运动,作v-t图象如下。故012 s内的位移x=(36)2 m+66 m=54 m。故B项正确。答案:B3.如图所示,小车以加速度a向右匀加速运动,车中小球质量为m,则线对球的拉力为()A.mB.m(a+
10、g)C.mgD.ma解析:对小球受力分析如图,建立直角坐标系则Fcos =maFsin -mg=0由得F=m,故选项A正确。答案:A4.(多选)如图所示,5块质量相同的木块并排放在水平地面上,它们与地面间的动摩擦因数均相同,当用力F推第1块木块使它们共同加速运动时,下列说法中正确的是()A.由右向左,相邻两块木块之间的相互作用力依次变小B.由右向左,相邻两块木块之间的相互作用力依次变大C.第2块木块与第3块木块之间的弹力大小为0.6FD.第3块木块与第4块木块之间的弹力大小为0.6F解析:取整体为研究对象,由牛顿第二定律得F-5mg=5ma。再选取1、2两块木块为研究对象,由牛顿第二定律得F-
11、2mg-FN=2ma,联立两式解得FN=0.6F,进一步分析可得,从左向右,相邻两块木块间的相互作用力是依次变小的。选项B、C正确。答案:BC5.(多选)如图所示,在光滑地面上,水平外力F拉动小车和木块一起做无相对滑动的加速运动。小车质量是M,木块质量是m,力大小是F,加速度大小是a,木块和小车之间动摩擦因数是。则在这个过程中,木块受到的摩擦力大小是()A.mgB.C.(M+m)gD.ma解析:以M、m整体为研究对象,根据牛顿第二定律,则a=,以m为研究对象,摩擦力Ff=ma=。答案:BD6.如图所示,ad、bd、cd是竖直面内三根固定的光滑细杆,每根杆上套着一个小滑环(图中未画出),三个滑环
12、分别从a、b、c处释放(初速度为零),用t1、t2、t3依次表示各滑环到达d点所用的时间,则()A.t1t2t2t3C.t3t1t2D.t1=t2=t3解析:小滑环下滑过程中受重力和杆的弹力作用,下滑的加速度可认为是由重力沿杆方向的分力产生的,设杆与竖直方向的夹角为,由牛顿第二定律知mgcos =ma,则a=gcos 设圆心为O,半径为R,由几何关系得,滑环由开始运动至d点的位移x=2Rcos 由运动学公式得x=at2由联立解得t=2即小滑环下滑的时间与细杆的倾斜程度无关,故t1=t2=t3,选项D正确。答案:D7.蹦极(Bungee Jumping)是一项户外休闲活动。跳跃者站在约40米以上
13、高度的位置,用橡皮绳固定住后跳下,落地前弹起。如图所示为蹦极运动的示意图,弹性绳的一端固定在O点,另一端和运动员相连。运动员从O点自由下落,至B点弹性绳自然伸直,经过合力为零的C点到达最低点D,然后弹起,整个过程中忽略空气阻力。分析这一过程,下列表述正确的是()经过B点时,运动员的速率最大经过C点时,运动员的速率最大从C点到D点,运动员的加速度增大从C点到D点,运动员的加速度不变A.B.C.D.解析:在BC段,运动员所受重力大于弹力,向下做加速度逐渐减小的变加速运动,当a=0时,速度最大,即在C点时速度最大,对。在CD段,弹力大于重力,运动员做加速度逐渐增大的变减速运动,对,故选B。答案:B8
14、.(多选)如图所示,一轻质弹簧竖直放置在水平地面上,下端固定。弹簧原长为20 cm,劲度系数k=200 N/m。现用竖直向下的力将弹簧压缩到10 cm后用细线拴住,此时在弹簧上端放置质量为0.5 kg的物块,g取10 m/s2。在烧断细线的瞬间,下列说法正确的是()A.物块的加速度为30 m/s2,方向竖直向上B.物块的加速度为10 m/s2,方向竖直向下C.物块的加速度为零D.物块的速度为零解析:烧断细线瞬间,物块受重力和弹力作用,F合=kx-mg=ma,所以a=30 m/s2,方向竖直向上,此时速度来不及变化,仍然为零,故正确选项为A、D。答案:AD9.如图所示,一水平传送带长为 20 m
15、,以2 m/s的速度做匀速运动。已知某物体与传送带间的动摩擦因数为0.1,现将该物体由静止轻放到传送带的A端。求物体被送到另一端B点所需的时间。(g取10 m/s2)解析:物体受重力mg、支持力FN和向前的摩擦力Ff作用,由牛顿第二定律,有Ff=ma,又FN-mg=0,Ff=FN,解得a=g=0.110 m/s2=1 m/s2。当物体做匀加速直线运动达到传送带的速度v=2 m/s 时,其位移为s1= m=2 m20 m,所以物体运动2 m后与传送带一起匀速运动。第一段加速运动时间为t1= s=2 s,第二段匀速运动时间为t2= s=9 s。所以,物体在传送带上运动的总时间为t=t1+t2=2
16、s+9 s=11 s。答案:11 s10.ABS系统是一种能防止车轮被抱死而导致车身失去控制的安全装置,全称防抱死刹车系统。它既能保持足够的制动力,又能维持车轮缓慢转动,已经广泛应用于各类汽车上。有一汽车没有安装ABS系统,急刹车后,车轮抱死,在路面上滑动。(1)若车轮与干燥路面间的动摩擦因数是0.7,汽车以14 m/s的速度行驶,急刹车后,滑行多远才停下?(2)若车轮与湿滑路面间的动摩擦因数为0.1,汽车急刹车后的滑行距离不超过18 m,刹车前的最大速度是多少?(g取10 m/s2)解析:(1)汽车加速度a1=-=-1g=-7 m/s2由0-=2a1x得x1= m=14 m。(2)汽车加速度a2=-2g=-1 m/s2根据0-=2a2x得v02= m/s=6 m/s。答案:(1)14 m(2)6 m/s
