学年度高一物理人教版必修一 第四章 牛顿运动定律单元练习Word文档格式.docx
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B.作用力和反作用力同时产生,同时消失,不同时变化
C.各种机床和发电机的底座做得很笨重,目的是增大惯性
D.两物体只有处于相对静止时,它们之间的作用力和反作用力的大小才相等
9.
如图所示,两根完全相同的弹簧下挂一质量为m的小球,小球与地面间有细线相连,处于静止状态,细线竖直向下的拉力大小为2mg.若剪断细线,则在剪断细线的瞬间,小球的加速度a为( )
A.a=g方向竖直向上B.a=g
方向竖直向下
C.a=2g
方向竖直向上D.a=3g
方向竖直向上
10.物体A的质量为1kg,置于水平地面上,物体与地面的动摩擦因数为μ=0.2.从t=0开始物体以一定初速度v0向右滑行的同时,受到一个水平向左的恒力F=1N的作用,则下图中能反映物体受到的摩擦力f随时间变化的图象是(取向右为正方向,g=10m/s2)(
)
C.
二、多选题(本大题共5小题,共20.0分)
11.
如图所示,在平直轨道做匀变速运动的车厢中,用轻细线悬挂一个小球,悬线与竖直方向保持恒定的夹角θ,则( )
A.小车一定具有方向向左的加速度
B.小车一定具有方向向右的加速度
C.小车的加速度大小为gtanθ
D.小车的加速度大小为gcotθ
12.
如图所示,叠放的物块A、B在恒力F作用下由静止开始沿光滑水平面一起向右运动,则下列说法正确的是( )
A.物块A不受摩擦力作用B.物块A受到向右的摩擦力作用
C.物块A所受摩擦力一定小于FD.物块A所受摩擦力可能大于F
13.
用细绳拴一个质量为m的小球,小球将固定在墙上的轻弹簧压缩的距离为x,不计空气阻力.如图所示,将细线烧断后( )
A.小球立即做平抛运动
B.小球落地时动能大于mgh
C.小球脱离弹簧后做匀变速运动
D.刚烧断后的瞬间小球的加速度为g
14.
如图,物块a、b和c的质量相同,a和b、b和c之间用完全相同的轻弹簧S1和S2相连,通过系在a上的细线悬挂于固定点O.整个系统处于静止状态.现将细线剪断.将物块a的加速度的大小记为a1,S1和S2相对于原长的伸长分别记为△l1和△l2,重力加速度大小为g.在剪断的瞬间,( )
A.a1=3g
B.a1=0
C.△l1=2△l2
D.△l1=△l2
15.一人乘电梯上楼,在竖直上升过程中加速度a随时间t变化的图线如图所示,以竖直向上为a的正方向,则人对地板的压力
A.t=2s时最大B.t=2s时最小C.t=8.5s时最小D.t=8.5s时最大
三、实验题探究题(本大题共1小题,共10.0分)
16.为了“探究加速度与力、质量的关系”,现提供如图甲中所示实验装置.请思考探究思路并回答下列问题:
(1)为了消除小车与木板之间摩擦力的影响应采取的做法是______
A.将木板不带滑轮的一端适当垫高,使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动
B.将木板带滑轮的一端适当垫高,使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动
C.使木板不带滑轮的一端适当垫高,在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动
D.使木板不带滑轮的一端适当垫高,在不挂钩码的情况下使小车能够静止在木板上
(2)在实验中,得到一条打点的纸带,如图乙所示,已知相邻计数点的时间间隔为T,且间距s1、s2、s3、s4、s5、s6已量出,则小车加速度的表达式为a=______;
(3)有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定,探究加速度a与所受外力F的关系,他们在轨道水平和倾斜两种情况下分别做了实验,得到了两条aF图线,如图丙所示.图线______(选填“①”或“②”)是在轨道倾斜情况下得到的;
小车及车中的砝码总质量m=______kg.
四、计算题(本大题共3小题,共30.0分)
17.
在水平地面上有一质量为2kg的物体,在水平拉力F的作用下由静止开始运动,10s后拉力大小减为零,该物体的运动速度随时间t的变化规律如图所示.
(g取10m/s2)求:
(1)前10s内物体的加速度和位移大小
(2)物体与地面之间的动摩擦因数
(3)物体受到的拉力F的大小.
18.
如图所示,质量M=4.0kg、长L=2.0m的薄木板静置在水平地面上,质量m=1.0kg的小滑块(可视为质点)以速度v0=3.0m/s从木板的左端冲上木板,已知滑块与木板间的动摩擦因数μ=0.20.(g取10m/s2)
(1)若木板固定,求滑块在木板上滑行的时间;
(2)若木板不固定,且水平地面光滑,求滑块相对木板滑行的时间.
19.如图甲所示,质量为2kg的木板B静止在水平面上.某时刻物块A(可视为质点)从木板的左侧沿木板上表面滑上木板,初速度v0=4m/s.此后A和B运动的v-t图象如图乙所示,取重力加速度g=10m/s2,求:
(1)A与B上表面之间的动摩擦因数μ1;
(2)B与水平面间的动摩擦因数μ2;
(3)A的质量.
答案和解析
【答案】
1.C2.B3.B4.B5.D6.D7.D
8.C9.C10.A11.BC12.BC13.BC14.AC
15.AC
16.C;
;
①;
0.5
17.解:
(1)根据图线的斜率知,前10s内物体的加速度为:
,
物体的位移为:
x=
.
(2)物体匀减速直线运动的加速度大小为:
根据牛顿第二定律得:
μmg=ma2,
解得:
(3)对于匀加速直线运动的过程,根据牛顿第二定律得:
F-μmg=ma1,
解得F=μmg+ma1=0.2×
20+2×
0.8N=5.6N.
答:
(1)前10s内物体的加速度为0.8m/s2,位移大小为40m.
(2)物体与地面之间的动摩擦因数为0.2.
(3)物体受到的拉力F的大小为5.6N.
18.解:
(1)滑块在木板上做匀减速运动,根据牛顿第二定律,加速度的大小
a=
根据运动学公式有L=v0t+
解得
t=1s或t=2s(舍)
之所以要舍去t=2s,是因为如果木板足够长,当t=1.5s时,滑块就停止了.
滑块在木板上滑行的时间为了t=1s;
(2)滑块仍以
向右做匀减速运动
木板向右做匀加速运动
a2=
=
=0.5m/s2;
若滑块与木板速度相同时,滑块未冲出木板,则此后两者一起向右匀速运动,不再相对滑动.
据
v0-a1t′=a2t′
得:
两者达到相同速度,历时t′=1.2s
在t'
时间内,滑块向右的位移
s1=v0t'
-
s1=2.16m;
木板向右的位移
s2=
a2t′2=
0.5×
1.44=0.36m;
s1-s2=2.16-0.36=1.8m<2m滑块不会冲出木板
滑块相对木板滑行的时间为
t′=1.2s
(1)若木板固定,滑块在木板上滑行的时间为1s;
(2)若木板不固定,且水平地面光滑,求滑块相对木板滑行的时间1.2s.
19.解:
(1)由图象可知,A在0-1s内的加速度a1=
=-2m/s2,
对A由牛顿第二定律得,-μ1mg=ma1
解得μ1=0.2.
(2)由图象知,AB在1-3s内的加速度a3=
对AB由牛顿第二定律得,-(M+m)gμ2=(M+m)a3
解得μ2=0.1.
(3)由图象可知B在0-1s内的加速度
=2m/s2.
对B由牛顿第二定律得,μ1mg-μ2(M+m)g=Ma2,
代入数据解得m=6kg.
(1)A与B上表面之间的动摩擦因数μ1为0.2.
(2)动摩擦因数μ2为0.1.
(3)A的质量为6kg.
【解析】
1.解:
(1)物体只要运动就需要力的作用,没有力的作用运动物体就会慢慢停下来,力是维持物体运动的原因,都和亚里士多德的观点是相同的.
(2)斜面小车实验,接触面越来越光滑,摩擦力越来越小,物体运动越来越远,没有摩擦,物体永远运动下去.没有力就不能改变物体的运动状态.
故选C.
牛顿第一定律的得来经历了三个阶段:
(1)亚里士多德认为有力作用在物体上物体运动,停止用力物体停止运动.他认为力是维持物体运动的原因.
(2)伽利略通过斜面小车实验,接触面越来越光滑,摩擦力越来越小,物体速度改变的越慢,物体运动越远.推理:
如果没有摩擦,速度不会改变,永远运动下去.
(3)牛顿总结前人经验并加以概括,得到牛顿第一定律.
(1)正确理解力是改变物体运动状态的原因,维持物体运动不需要力的作用,依靠的是物体的惯性.
(2)掌握研究牛顿第一定律这种在实验的基础上,经过科学的推理得到结论的方法.
2.解:
ABC、根据牛顿第二定律得,物体的加速度为:
a=μg=5m/s2,
则物体做匀加速直线运动的时间为:
匀加速直线运动的位移为:
匀速直线运动的时间为:
则t=t1+t2=0.4+4.8s=5.2s.故B正确,AC错误;
D、由上述分析知,物体先做匀加速后匀速运动,物体到达传送带右端时速度为2m/s,故D错误;
故选:
B
物块先做匀加速直线运动,当速度达到传送带速度后一起做匀速直线运动,结合牛顿第二定律和运动学公式进行求解.
解决本题的关键理清物体在传送带上的运动规律,结合牛顿第二定律和运动学公式进行求解,难度不大.
3.解:
A、根据k=
可知,弹簧的劲度系数k的单位是N/m,故A错误;
B、动摩擦因数μ=
,故动摩擦因数没有单位,故B正确;
C、根据R=ρ
得
,单位为Ω•m,故C错误;
D、万有引力常量G=
,单位为N•m2/kg2,故D错误.
本题选没有单位的
根据物理量的关系表示出这些物理量.根据单位制求解即可.
单位可由单位进行推导得出,掌握物理中各物理量的关系及之间的单位关系
4.解:
当用F向右推m1时,由于F<μm1g=0.6×
3×
10N=18N,所以推不动m1,则N1=0,
当用力向左推m2时,由于F=15N大于m2所受的最大静摩擦力fm=μm2g=12N,小于整体的滑动摩擦力f=μ(m1+m2)g=30N,所以两物体没有被推动,对m2受力平衡分析可知,N2+fm=F,解得推力N2=3N,故N1<N2;
B.
先将两物体作为整体分析,则由牛顿第二定律可得出加速度,再分析后一个物体,即可求得两者间的相互推力.
题考查牛顿第二定律在连接体模型中的应用,注意整体法与隔离法的结合应用,整体法可以求出整体的加速度,若要求内力则必须采用隔离法.
5.解:
整体水平方向受拉力、摩擦力;
由牛顿第二定律可知:
F-μ(M+m)g=(M+m)a
=
=2m/s2;
m受拉力和摩擦力而做匀加速直线运动:
拉力F′=ma+μmg=2×
2+0.2×
20N=8N;
由胡克定律可知,形变量x=
=0.08m
则弹簧的长度为l+x=0.18m=18cm;
故选D.
对整体受力分析,由牛顿第二定律可求得系统加速度;
再对m分析可求得弹簧的拉力;
再由胡克定律可求得弹簧的伸长量.
本题关键在于先以整体为研究对象,再用隔离法进行分析,注意整体法时不能分析内力.
6.解:
开始时金属球、车厢及氢气球有向右的相同速度,突然刹车使车厢做匀减速运动时,由于金属球比车厢内同体积的空气质量大,惯性大,运动状态不易改变,所以金属球相对于车厢向右运动,故B球向右偏,故B、C错误.
同体积空气的质量比氢气球的质量大,惯性大,运动状态不容易改变,所以空气相对车厢向左运动,推动氢气球相对于车向左运动,因此A向左偏,故A错误,D正确.
D.
车厢以加速度a向右匀减速运动,所以两球的加速度都应向左,对两个小球进行受力分析,根据合力的方向即可判断.
解答本题的关键是知道两球的加速度方向与车厢的加速度方向相同,再对小球进行受力分析,判断出合力的方向.
7.解:
由于电梯减速减速,故加速度向上,对人受力分析,受到重力mg,地面支持力N,
由牛顿第二定律:
mg-N=ma
即:
mg-N=-m
N=
D
由于电梯减速减速,故加速度向上,可知人处于超重状态,由此对人受力分析,列牛顿第二定律解得电梯对人的支持力,进而得人对电梯的压力
重点是对超重和失重的判定,其依据是加速度的方向,加速向下为失重,加速度向上为超重.
8.解:
A、“嫦娥一号”卫星在地球上的惯性与它绕月球飞行时的惯性相同(燃料消耗忽略不计),因为质量不变,故A错误;
B、作用力和反作用力同时产生,同时消失,同时变化,故B错误;
C、惯性是物体固有的属性,惯性越大的物体,各种机床和发电机的底座做得很笨重,目的是增大惯性.故C正确;
D、由牛顿第三定律可知,作用力与反作用力大小相等,方向相反,作用在同一条直线上,故D错误.
C
惯性是物体的固有属性,一切物体在任何情况下都有惯性;
惯性与物体的质量有关与运动状态无关.
由牛顿第三定律可知,作用力与反作用力大小相等,方向相反,作用在同一条直线上,作用在两个物体上,力的性质相同,它们同时产生,同时变化,同时消失.
惯性是物理学中的一个性质,它描述的是物体能够保持原来的运动状态的性质,不能和生活中的习惯等混在一起.解答此题要注意:
一切物体任何情况下都具有惯性.惯性只有在受力将要改变运动状态时才体现出来.
9.解:
开始小球处于平衡状态,两根弹簧弹力的合力等于重力和绳子的拉力之和,即两根弹簧弹力的合力F1=T+mg=3mg.
剪断细线的瞬间,弹簧弹力不变,根据牛顿第二定律得,a=
,方向竖直向上.故C正确,A、B、D错误.
根据共点力平衡求出两根弹簧的合力,剪断细线的瞬间,弹簧弹力不变,根据牛顿第二定律求出小球的加速度大小和方向.
本题考查了共点力平衡和牛顿第二定律的基本运用,知道剪断细线的瞬间,弹簧的弹力不变,结合牛顿第二定律求解瞬时加速度.
10.物体A与地面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力
。
题目取向右为正方向。
由题意可知物体A先做向右的匀减速直线运动,摩擦力为滑动摩擦力且水平向左(小于零),故
当速度减小到零后,力F向左,则摩擦力向右,由力F小于最大静摩擦力,物体处于静止状态,即摩擦力为静摩擦力,与力F等大反向,水平向右(大于零),此时摩擦力
,故A正确。
考点:
静摩擦力与滑动摩擦力的特点
11.解:
球随着车厢在平直轨道做匀变速运动,故加速度水平,合力水平;
对小球受力分析,受重力和拉力,如图所示:
故合力为:
F=mgtanθ;
根据牛顿第二定律,有:
F=ma
联立解得:
a=gtanθ,方向水平向右;
故AD错误,BC正确;
故选BC.
对小球受力分析,受重力和拉力,合力水平方向,根据平行四边形定则作图求解出合力,然后根据牛顿第二定律求解加速度.
本题是根据受力情况确定运动情况,关键是根据平行四边形定则求解合外力,不难.
12.解:
A、设A的质量为M,B的质量为m,对AB整体分析,由牛顿第二定律可知,F=(M+m)a,再对A分析可知,A水平方向只受摩擦力,则有:
f=Ma=
,则可知,A一定受小于F的摩擦力,故AD错误,C正确;
B、A水平方向只受摩擦力,则根据牛顿第二定律可知,摩擦力的方向一定与合外力的方向一致,故B正确.
BC.
对整体分析,根据牛顿第二定律可求得整体的加速度,再对A分析,根据牛顿第二定律即可求得A受到的摩擦力的大小和方向.
本题以常见的运动模型为核心,考查了摩擦力、牛顿第二定律、隔离法与整体法的应用等知识.解决的关键是正确对两物体进行受力分析,注意二者相对静止,具有相同的加速度.
13.解:
A、将细绳烧断后,小球受到球的重力和弹簧的弹力的共同的作用,合力斜向右下方,并不是只有重力的作用,所以不是平抛运动,故A错误.
B、将细绳烧断后,小球受到球的重力和弹簧的弹力的共同的作用,弹簧的弹力对小球做正功,小球落地过程中下降的高度为h,重力做功为mgh,根据动能定理合力功大于mgh,所以小球落地时动能大于mgh,故B正确.
C、小球离开弹簧后,只受到重力的作用,所以是匀变速运动,故C正确;
D、由A的分析可知,小球并不是平抛运动,所以加速度并不为g,故D错误.
小球受重力、弹力和拉力处于平衡状态,细线烧断后,拉力消失,小球受到球的重力和弹簧的弹力的共同的作用,此过程中弹簧的弹力是不断减小的,离开弹簧之后,小球只受到重力的作用,做匀变速运动.
对小球受力分析,根据球的受力的情况来判断小球的运动的情况及各力做功情况,要注意的是在与弹簧分离之前,弹簧的弹力是不断减小的.
14.解:
A、B、对a、b、c分别受力分析如图,
根据平衡条件,有:
对a:
F2=F1+mg
对b:
F1=F+mg
对c:
F=mg
所以:
F1=2mg
弹簧的弹力不能突变,因形变需要过程,绳的弹力可以突变,绳断拉力立即为零。
当绳断后,b与c受力不变,仍然平衡,故a=0;
对a,绳断后合力为F合=F1+mg=3mg=maa,aa=3g方向竖直向下;
故A正确,B错误。
C、D、当绳断后,b与c受力不变,则F1=k△l1,
同时:
F=k△l2,所以:
.联立得△l1=2△l2:
故C正确,D错误。
AC。
对细线剪短前后的a、b、c物体分别受力分析,然后根据牛顿第二定律求解加速度与弹簧的伸长量.
考查了牛顿第二定律的瞬时性的应用,重点区分绳和弹簧弹力的特点,注意加速度与受力的瞬时对应关系.
15.【分析】
当物体对接触面的压力大于物体的真实重力时,就说物体处于超重状态,此时有向上的加速度,合力也向上;
当物体对接触面的压力小于物体的真实重力时,就说物体处于失重状态,此时有向下的加速度,合力也向下。
本题是对超重和失重以及a-t图象的考查,掌握住加速度时间图象的含义,知道超重和失重的特点即可解答本题。
【解答】
在时间轴的上方,表示加速度向上,此时处于超重状态,在时间轴的下方,表示加速度向下,此时处于失重状态,对地板的压力减小,故
A.在t=2s时向上的加速度最大,此时对地板的压力最大,所以A正确,B错误;
C.在t=8.5s时具有向下的最大的加速度,此时对地板的压力最小,所以C正确,D错误。
故选AC。
16.解:
(1)平衡摩擦力就是让小车在无拉力的作用下做匀速直线运动,让重力沿斜面的分力等于小车受到的摩擦力.所以平衡时应为:
将不带滑轮的木板一端适当垫高,在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动,故C正确,
C;
(2)由匀变速直线运动的推论:
△x=aT2可知,加速度为:
(3)由图象可知,当F=0时,a≠0.也就是说当绳子上没有拉力时小车就有加速度,该同学实验操作中平衡摩擦力过大,即倾角过大,平衡摩擦力时木板的右端垫得过高.所以图线①是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的.
F,由图示图象可知,a-F图象的斜率:
k=
=2,小车质量:
m=0.5kg;
故答案为:
(1)C;
(2)
(3)①;
0.5.
(1)平衡摩擦力就是让小车在无拉力的作用下做匀速直线运动,让重力沿斜面的分力等于小车受到的摩擦力.
(2)根据匀变速直线运动的推论求出小车的加速度.
(3)由图象可知,当F=0时,a≠0.也就是说当绳子上没有拉力时小车就有加速度,该同学实验操作中平衡摩擦力过大,即倾角过大,根据图示图象应用牛顿第二定律求出小车质量.
对于实验我们要明确实验原理、具体实验操作以及数据处理等,同时要清楚每一项操作存在的理由,只有掌握好了基本知识和基本方法才能顺利解决实验题目,所以要重视基本知识和基本方法的学习和训练.
17.
(1)根据速度时间图线的斜率求出物体的加速度,结合图线围成的面积求出物体的位移大小.
(2)撤去拉力后做匀减速直线运动,结合图线的斜率求出加速度大小,根据牛顿第二定律求出物体与地面间的动摩擦因数.
(3)根据牛顿第二定律求出物体受到的拉力大小.
本题考查了牛顿第二定律和速度时间图线的综合运用,知道图线的斜率表示加速度,图线与时间轴围成的面积表示位移,知道加速度是联系力学和运动学的桥梁.
18.
(1)根据牛顿第二定律可求得加速度,再由运动学公式可求得滑块在木板上滑行的时间;
(2)分析两物体的运动,根据牛顿第二定律可求得木板的加速度,由速度公式可求得达相同速度时的时间;
由位移公式可求得两物体的位移,根据位移关系分析物体能否滑出.
解决本题的关