届高三二轮复习物理专题通关 课时巩固过关练三 力与直线运动13 Word版含答案1.docx
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届高三二轮复习物理专题通关课时巩固过关练三力与直线运动13Word版含答案1
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课时巩固过关练(三)
牛顿运动定律及其应用
(45分钟 100分)
一、选择题(本大题共8小题,每小题8分,共64分。
第1~5题只有一项符合题目要求,第6~8题有多项符合题目要求)
1.为了让乘客乘车更为舒适,某探究小组设计了一种新的交通工具,乘客的座椅能随着坡度的变化而自动调整,使座椅始终保持水平,如图所示。
当此车加速上坡时,盘腿坐在座椅上的一位乘客( )
A.处于失重状态
B.不受摩擦力的作用
C.受到向前(水平向右)的摩擦力作用
D.所受力的合力竖直向上
【解析】选C。
将车和人当作整体进行分析,加速度方向沿斜面向上,所以人所受合力方向沿斜面向上,选项D错误;将沿斜面向上的加速度进行沿水平方向和竖直方向分解,因为人有水平向右的加速度,则人受到水平向右的静摩擦力(向前),选项C正确、B错误;竖直方向加速度是向上的,人处于超重状态,选项A错误。
2.(2015·怀化一模)如图所示,在光滑的水平面上有一段长为L、质量分布均匀的绳子,绳子在水平向左的恒力F作用下做匀加速直线运动。
绳子上某一点到绳子右端的距离为x,设该处的张力为T,则能正确描述T与x之间关系的图像是
( )
【解析】选A。
研究整段绳子,根据牛顿第二定律可得:
F=ma,研究该点右端的绳子,根据牛顿第二定律可得:
T=
ma,由以上两式可得:
T=
F,所以选项A正确。
3.如图,弹簧吊着箱子A,箱内放有物体B,它们的质量均为m,现对箱子施加竖直向上的力F=4mg,而使系统静止。
撤去F的瞬间,A、B的加速度分别为( )
A.aA=aB=g
B.aA=g,aB=0
C.aA=2g,aB=g
D.aA=3g,aB=g
【解析】选D。
撤去F前:
设弹簧的弹力大小为f,根据平衡条件得
对整体:
F-2mg=f,解得:
f=2mg
撤去F的瞬间:
弹簧的弹力没有来得及变化,大小仍为f=2mg
假设A、B之间的弹力突变为零,
则根据牛顿第二定律得
对箱子A:
f+mg=maA
解得:
aA=3g
对物体B:
mg=maB
解得:
aB=g
所以aA>aB
又因物体B处在箱子A的底板之上,因此假设成立,故选D。
【总结提升】瞬时性问题的解题技巧
(1)分析物体在某一时刻的瞬时加速度,关键是明确该时刻物体的受力情况及运动状态,再由牛顿第二定律求出瞬时加速度,此类问题应注意以下几种模型:
特性
模型
受外力时
的形变量
力能否
突变
产生拉力
或支持力
质
量
内部
弹力
轻绳
微小不计
可以
只有拉力
没有支持力
不
计
处
处
相
等
橡皮绳
较大
不能
只有拉力
没有支持力
轻弹簧
较大
不能
既可有拉力
也可有支持力
轻杆
微小不计
可以
既可有拉力
也可有支持力
(2)在求解瞬时性加速度问题时应注意:
①物体的受力情况和运动情况是时刻对应的,当外界因素发生变化时,需要重新进行受力分析和运动分析。
②加速度可以随着力的突变而突变,而速度的变化需要一个过程的积累,不会发生突变。
4.(2015·南昌一模)如图,斜面与平面平滑连接,物体与斜面和平面间的动摩擦因数都是μ,物体从斜面上由静止滑下。
下列图像中v、a、Ff和s分别表示物体速度大小、加速度大小、所受摩擦力大小和路程,其中正确的是( )
【解析】选C。
物体在斜面上做初速度为零的匀加速直线运动,摩擦力Ff1=
μmgcosθ,加速度a1=g(sinθ-μcosθ),速度v1=a1t1,路程s1=
a1
由此可知A、B、D均错误;在水平面上物体做匀减速直线运动,摩擦力Ff2=μmg,选项C正确。
5.如图所示,在真空区域Ⅰ、Ⅱ中存在两个匀强电场E1、E2,并且E1则下图中描述的油滴在这两个电场中运动的速度—时间图像中,可能正确的是(以v0方向为正方向)( )
【解题指南】解答本题应注意以下两点:
(1)油滴在区域Ⅰ“匀速下落”表明油滴所受电场力与重力等大、反向,两个力是平衡力。
(2)油滴在区域Ⅱ受到向上的电场力,且电场力大于重力。
【解析】选C。
带负电的油滴受到重力和电场力的作用,在上面的电场中重力等于电场力,油滴恰做匀速直线运动,在下面的电场中,电场力将大于重力,油滴做匀减速直线运动,待速度为零后反向运动,然后返回上面的电场做匀速直线运动,由分析可知,选项C正确。
6.物体原来静止在水平地面上,用一水平力F拉物体,在F从0开始逐渐增大的过程中,物体先静止后又做变加速运动,其加速度a随外力F变化的图像如图所示。
设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等。
根据题目提供的信息,下列判断正确的是(g取10m/s2)( )
A.物体的质量为m=2kg
B.物体与水平面间的动摩擦因数μ=0.3
C.物体与水平面的最大静摩擦力Ffmax=12N
D.在F为10N时,物体的加速度a=2.5m/s2
【解析】选A、B。
由题图可知,当F=7N时,a=0.5m/s2,当F=14N时,a=4m/s2,由牛顿第二定律知,F-Ff=ma,故7-Ff=0.5m,14-Ff=4m,联立解得:
m=2kg,Ff=6N,选项A正确,C错误;由Ff=μmg解得μ=0.3,选项B正确;由牛顿第二定律,F-Ff=ma,在F为10N时,物体的加速度a=2.0m/s2,选项D错误。
7.如图所示,表面粗糙的斜面固定于地面上,并处于方向垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场中,质量为m、带电荷量为+Q的小滑块从斜面顶端由静止下滑。
在滑块下滑的过程中,下列判断正确的是( )
A.滑块受到的摩擦力不变
B.滑块到达地面时的动能与B的大小无关
C.滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下
D.不论B多大,滑块都不可能静止于斜面上
【解析】选C、D。
滑块受到重力、洛伦兹力、弹力、摩擦力四个力的作用,如图所示。
洛伦兹力F=qvB,由左手定则知洛伦兹力垂直斜面向下,C选项正确;由于FN=mgcosθ+qvB,弹力随滑块速度的增大而增大,故由Ff=μFN知滑块受到的摩擦力增大,A选项错误,虽然洛伦兹力不做功,但由于弹力受洛伦兹力影响,使得摩擦力增大,摩擦力做功增大,故滑块到达地面时的动能与B的大小有关,B选项错误;由mgsinθ-μ(mgcosθ+qvB)=ma,知滑块的最终状态为沿斜面匀速下滑,B增大仅能影响匀速运动的速度的大小,故B很大时,滑块也不能静止于斜面上,故D选项正确。
8.如图所示,质量为M=5kg的箱子B置于光滑水平面上,箱子底板上放一质量为m2=1kg的物体C,质量为m1=2kg的物体A经跨过定滑轮的轻绳与箱子B相连,在A加速下落的过程中,C与箱子B始终保持相对静止。
不计定滑轮的质量和一切阻力,g取10m/s2,下列正确的是( )
A.物体A处于失重状态
B.物体A的加速度大小为2.5m/s2
C.物体C对箱子B的静摩擦力大小为2.5N
D.轻绳对定滑轮的作用力大小为30N
【解析】选A、B、C。
假设绳子拉力为F,根据牛顿第二定律,对A有:
m1g-F=m1a;对B、C整体有:
F=(M+m2)a;联立解得:
F=15N;a=2.5m/s2;物体A有向下的加速度,故是失重,故A、B正确;对C受力分析,受重力、支持力和静摩擦力,根据牛顿第二定律有:
f=m2a=1×2.5N=2.5N,故C正确;绳子的张力为15N,由于滑轮两侧绳子垂直,根据平行四边形定则,其对滑轮的作用力为15
N,故D错误。
【加固训练】(多选)如图所示,质量为m的光滑球放在底面光滑的质量为M的三角劈与竖直挡板之间,在水平方向对三角劈施加作用力F,可使小球处于静止状态或恰使小球自由下落,则关于所施加的水平力大小和方向的描述中,正确的是
( )
A.小球处于静止时,应施加水平向左的力F,且大小为mg
B.小球处于静止时,应施加水平向左的力F,且大小为mgtanθ
C.小球恰好自由下落时,应施加水平向右的力F,且大小为Mgcotθ
D.小球恰好自由下落时,应施加水平向右的力F,且大小为Mgtanθ
【解析】选B、C。
小球所受的重力产生两个效果,即压紧斜面和竖直挡板,因此重力mg可分解为F1和F2两个分力,则F1=
若使系统静止,应对三角劈施加一个向左的水平力F,且F=F1sinθ=mgtanθ,故A错,B正确。
若使小球自由下落,小球与三角劈之间应当无作用力,则三角劈向右做加速运动,对三角劈x=
at2,对小球h=
gt2,根据牛顿第二定律F=Ma,tanθ=
解得F=Mgcotθ,故C正确,D错。
二、计算题(本大题共2小题,共36分。
需写出规范的解题步骤)
9.(15分)(2015·孝感一模)如图所示,有同学做实验时不慎将圆柱形试管塞卡于试管底部,该试管塞中轴穿孔。
为了拿出试管塞而不损坏试管,该同学紧握试管让其倒立由静止开始竖直向下做匀加速直线运动,t=0.20s后立即停止,此时试管下降H=0.80m,试管塞将恰好能从试管口滑出。
已知试管总长l=21.0cm,底部球冠的高度h=1.0cm,试管塞的长度为d=2.0cm,设试管塞相对试管壁滑动时受到的摩擦力恒定,不计空气阻力,重力加速度g取10m/s2。
求:
(1)试管塞从静止开始到离开试管口的总位移。
(2)试管塞受到的滑动摩擦力与其重力的比值。
【解题指南】解答本题应注意以下两点:
(1)试管塞先随试管一起做匀加速运动,后做匀减速运动。
(2)“恰好能从试管口滑出”表明试管塞滑到管口时速度恰好为零。
【解析】
(1)试管塞开始与试管一起运动的位移:
x1=H=0.80m (1分)
之后又独立运动的位移:
x2=l-h=(0.21-0.01)m=0.20m (2分)
所以总位移:
x=x1+x2=(0.80+0.20)m=1.0m (2分)
(2)设试管塞质量为m,与试管一起做匀加速直线运动的加速度大小为a1,末速度为v,之后滑动过程中的摩擦力大小为Ff,加速度大小为a2,由运动学公式有:
x1=
a1t2 ①(2分)
v=a1t ②(2分)
由①②解得:
v=8m/s (1分)
试管塞在试管中做匀减速运动时有:
-2a2x2=0-v2 ③(2分)
由牛顿第二定律:
Ff-mg=ma2 ④(2分)
由③④解得:
Ff=17mg
故滑动摩擦力与重力的比值为17∶1 (1分)
答案:
(1)1.0m
(2)17∶1
10.(21分)(2015·全国卷Ⅱ)下暴雨时,有时会发生山体滑坡或泥石流等地质灾害。
某地有一倾角为θ=37°(sin37°=
)的山坡C,上面有一质量为m的石板B,其上下表面与斜坡平行;B上有一碎石堆A(含有大量泥土),A和B均处于静止状态,如图所示。
假设某次暴雨中,A浸透雨水后总质量也为m(可视为质量不变的滑块),在极短时间内,A、B间的动摩擦因数μ1减小为
B、C间的动摩擦因数μ2减小为0.5,A、B开始运动,此时刻为计时起点;在第2s末,B的上表面突然变为光滑,μ2保持不变。
已知A开始运动时,A离B下边缘的距离l=27m,C足够长,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。
取重力加速度大小g=10m/s2。
求:
(1)在0~2s时间内A和B加速度的大小。
(2)A在B上总的运动时间。
【解析】
(1)在0~2s时间内A的受力分析如图
N=Gcos37°=0.8mg
F=Gsin37°-μ1N=0.6mg-
×0.8mg=0.3mg (2分)
由牛顿第二定律可得
aA=
=
=3m/s2 (2分)
在0~2s时间内B的受力分析如图
NA=mgcos37°=0.8mg (1分)
NC=NA+mgcos37°=1.6mg
fA=μ1NA=
×0.8mg=0.3mg
fC=μ2NC=0.5×1.6mg=0.8mg
F′=G′sin37°+fA-fC=0.6mg+0.3mg-0.8mg=0.1mg (3分)
由牛顿第二定律可得
aB=
=
=1m/s2 (2分)
(2)2s时,
vA=aAt=3×2m/s=6m/s (1分)
vB=aBt=1×2m/s=2m/s (1分)
B的上表面突然变为光滑后
aA′=
=6m/s2 (2分)
aB′=
=
=-2m/s2 (2分)
1s后B将停止运动,3s内B运动的距离为
sB=
aB×(2s)2+vB×1s+
aB′×(1s)2=3m (2分)
设A在B上总的运动时间为t,则A的位移为30m,
sA=
aA×(2s)2+vA(t-2s)+
aA′(t-2s)2=30m (2分)
解得t=4s (1分)
答案:
(1)3m/s2 1m/s2
(2)4s
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