2021-2022年高一物理同步课时作业训练(人教版2019)
4.3 牛顿第二定律
一、单选题。本大题共10小题,每小题只有一个选项符合题意。
1.如图所示为杂技“顶竿”表演,一人站在地上,肩上扛一质量为M的竖直竹竿,竿上有一质量为m的人可以看成质点,当此人沿着竖直竿以加速度a加速下滑时,竿对地面上的人的压力大小为( )
A.(M+m)g+ma B.(M+m)g-ma
C.(M+m)g D.(M-m)g
2.某摩天大楼中一部直通高层的客运电梯,行程超过百米。电梯的简化模型如图甲所示。考虑安全、舒适、省时等因素,电梯的加速度a是随时间t变化的。已知电梯在t=0时由静止开始上升,以向上方向为正方向,电梯的加速度a随时间t的变化如图乙所示。图甲中一乘客站在电梯里,电梯对乘客的支持力为FN,根据图乙可以判断,力FN大于重力且逐渐变大的时间段有( )
A.0~1s内 B.10~11s内 C.30~31s内 D.40~41s内
3.静止在光滑水平面上的物体受到一个水平拉力的作用,该力随时间变化的关系如图所示,则( )
A.物体在2s内的位移为零 B.4s末物体将回到出发点
C.2s末物体的速度为零 D.物体一直在朝同一方向运动
4.在粗糙的水平面上,物体在水平推力作用下由静止开始做匀加速直线运动。经过一段时间后,水平推力逐渐减小到0(物体仍在运动)。在水平推力逐渐减小到0的过程中( )
A.物体加速度逐渐减小,速度逐渐减小
B.物体加速度逐渐减小,速度逐渐增大
C.物体加速度先增大后减小,速度先增大后减小
D.物体加速度先减小后增大,速度先增大后减小
5.如图所示,一根弹簧一端固定在左侧竖直墙上,另一端连着A小球,同时水平细线一端连着A球,另一端固定在右侧竖直墙上,弹簧与竖直方向的夹角是60°,A、B两小球分别连在另一根竖直弹簧两端.开始时A、B两球都静止不动,A、B两小球的质量相等,重力加速度为g,若不计弹簧质量,在水平细线被剪断瞬间,A、B两球的加速度分别为( )
A.false B.false
C.false D.false
6.如图甲、乙所示,物块A1、A2、B1和B2的质量均为m,A1、A2用刚性轻杆连接,B1、B2用轻质弹簧接连,两个装置都放在水平的支托物上,处于平衡状态,今突然撤去支托物,让物块下落,在撤去支托物的瞬间,A1、A2受到的合力分别为FA1、FA2,B1、B2受到的合力分别为FB1和FB2,不计空气阻力。则( )
A.FA1=0,FA2=2mg,FB1=0,FB2=2mg
B.FA1=mg,FA2=mg,FB1=0,FB2=2mg
C.FA1=mg,FA2=2mg,FB1=mg,FB2=mg
D.FA1=mg,FA2=mg,FB1=mg,FB2=mg
7.如图所示,质量相等的A、B两小球分别连在弹簧两端,B端用细线固定在倾角为30°光滑斜面上,若不计弹簧质量,在线被剪断瞬间,A、B两球的加速度分别为( )
A.都等于false B.0和false C.g和0 D.0和g
8.如图所示,质量m=10 kg的物体在水平地面上向左运动,物体与水平地面间的动摩擦因数为0.2,与此同时物体受到一个水平向右的推力F=20 N的作用,g取10 m/s2,则物体产生的加速度是( )
A.0 B.4 m/s2,水平向右
C.2 m/s2,水平向左 D.2 m/s2,水平向右
9.下列关于速度、加速度、合外力之间的关系的说法正确的是( )
A.物体的速度越大,则加速度越大,所受的合外力也越大
B.物体的速度为0,则加速度为0,所受的合外力也为0
C.物体的速度为0,但加速度可能很大,所受的合外力也可能很大
D.物体的速度很大,但加速度可能为0并且所受的合外力很大
10.竖直墙壁间有质量分别是m和2m的半圆球A和圆球B,其中B球球面光滑,半球A与左侧墙壁之间存在摩擦,两球心之间连线与水平方向的夹角θ=30°,两球能够一起以加速度a匀加速竖直下滑,已知a A.false B.2false C.false D.false
二、多选题。本大题共3小题,每小题有一个选项或多个选项符合题意。
11.半圆形光滑圆槽内放一质量为m的小球,今用外力拉着圆槽在水平面上匀加速运动,稳定后小球位置如图所示,则小球受圆槽的支持力FN和加速度a为( )
A.FN=falsemg B.FN=falsemg
C.a=falseg D.a=falseg
12.两小球A、B先后用弹簧和轻杆相连,放在光滑斜面上静止,挡板C与斜面垂直,弹簧、轻杆均与斜面平行,如图甲、乙,A、B质量相等,重力加速度为g,斜面的倾角为θ。在突然撤去挡板的瞬间( )
A.两图中两球加速度均为gsinθ B.两图中A球的加速度均为零
C.图甲中B球的加速度为2gsinθ D.图乙中B球的加速度为gsinθ
13.如图所示,处于自然状态下的轻弹簧一端固定在水平地面上,质量为m的小球从弹簧的另一端所在位置由静止释放,设小球和弹簧一直处于竖直方向,弹簧的劲度系数为k,重力加速度为g。在小球将弹簧压缩到最短的过程中,下列叙述中正确的是( )
A.小球的速度先增大后减小 B.小球的加速度先减小后增大
C.小球速度最大时弹簧的形变量为false D.弹簧的最大形变量为false
三、填空题。本大题共4小题。
14.牛顿第二定律的表达式
(1)内容:物体加速度的大小跟它受到的作用力成____,跟它的质量成____,加速度的方向跟作用力的方向____。
(2)表达式F=____,其中力F指的是物体所受的____。
15.一辆小车在光滑的水平面上,若用一水平力false拉它,它的速度在false内从false增大到false;若用水平力false拉它,它的速度在false内从false减小到false,那么false和false的大小之比是________。
16.一辆卡车空载时质量为false,最大载货量为false,不计卡车所受到的阻力的变化,用同样大小的牵引力,能使空载的卡车产生大小为false的加速度,则用同样大小的牵引力,能使满载的卡车产生大小为________false的加速度;要使满载时产生的加速度与空载时相同,需再增加的牵引力为________false。
17.光滑水平桌面上有A、B两个相距较远的物体,已知mA=2mB。当用F=10N的水平力作用在A上时,能使A产生5m/s2的加速度,当用2F的水平力作用在B上时,能使B产生的加速度为________m/s2。
四、解答题。本大题共4小题,解答过程必修有必要的文字说明,公式和解题过程。
18.甲同学说:“由a=false可知,物体的加速度a与速度的变化量Δv成正比,与时间Δt成反比。”乙同学说:“由a=false可知,物体的加速度a与合力F成正比,与质量m成反比。”哪一种说法是正确的?为什么?
19.在水平路面上,一个大人推一辆重车,一个小孩推一辆轻车,各自做匀加速直线运动(阻力不计)。甲、乙两同学在一起议论。甲同学说:根据牛顿运动定律,大人的推力大,小孩的推力小,因此重车的加速度大。乙同学说:根据牛顿运动定律,重车质量大,轻车质量小,因此轻车的加速度大。你认为他们的说法是否正确?请简述理由。
20.某同学在列车车厢的顶部用细线悬挂一个小球,在列车以某一加速度渐渐启动的过程中,细线就会偏过一定角度并相对车厢保持静止,通过测定偏角的大小就能确定列车的加速度。在某次测定中,悬线与竖直方向的夹角为θ,求列车的加速度。
21.气球上系一重物,自地面上升。当上升到离地面9m时速度为4m/s,此时绳子突然断开。不计空气阻力,取重力加速度g=10m/s2。
(1)重物从离开气球至上升到最高点,经历的时间和上升的高度各为多少?
(2)重物离开气球后经多长时间才能落地?落地时的速度是多大?
参考答案
1.B
【解析】对竹竿上的人由牛顿第二定律知
false
所以
false
由牛顿第三定律知竹竿上的人对竹竿的摩擦力竖直向下,对竹竿由平衡条件知
false
false
由牛顿第三定律知竹竿对底人的压力
false
故B正确ACD错误。
故选B。
2.A
【解析】0-11s内加速度方向向上时,根据牛顿第二定律,有
FN-mg=ma
故
FN=mg+ma
故0-11s内的支持力大于重力,在0-1s内的支持力FN是增加的,1-10s内支持力恒定,10-11s支持力是减小的;在11-30s内加速度等于0,电梯做匀速运动,支持力等于重力。
在30-41s内加速度向下时,根据牛顿第二定律,有
mg-FN=m|a|
故
FN=mg-m|a|
故在30-41s内支持力小于重力,30-31s支持力是减小的,31-40s支持力是固定的,40-41s内的支持力FN是增加的。
故选A。
3.D
【解析】AC.由图象可知在0~1s时间内,物体做加速运动,1s末的速度为v;则物体在1~2s内的做减速运动,加速度是第1s的false,2s末的速度大于零,是0.5v,且物体在2s内的位移为不为零,故AC错误;
BD.在2~3s时间内,物体做加速运动,3s末的速度为1.5v;则物体在3~4s内的做减速运动,加速度是第1s的false,4s末的速度是v。所以物体运动的方法始终没有变化,4s末物体不可能回到出发点。故B错误,D正确;
故选D。
4.D
【解析】物体在水平推力作用下由静止开始作匀加速直线运动,物体水平方向受到推力和滑动摩擦力。水平推力从开始减小到与滑动摩擦力大小相等的过程中,物体受到推力大于摩擦力,物体做加速运动,合力减小,加速度减小;此后,推力继续减小,推力小于滑动摩擦力,合力与速度方向相反,物体做减速运动,合力反向增大,加速度反向增大。故物体加速度先减小后增大;速度先增大后减小。
故选D。
5.D
【解析】水平细线被剪断前对A、B进行受力分析如图所示,
静止时,由平衡条件
false
false
false
又false,解得
false
水平细线被剪断瞬间,false消失,其它各力不变,A所受合力与false等大反向,所以
false,false
故选D。
6.B
【解析】A1、A2由于用刚性轻杆连接,与刚性轻杆一起下落,根据牛顿第二定律,对整体研究得到,整体的加速度等于重力加速度g,则A1、A2受到的合力都等于各自的重力,即
FA1=mg,FA2=mg
对B1和B2在除去支托物前,弹簧的弹力大小等于mg,支托物对B2的支持力大小等于2mg,在除去支托物的瞬间,弹簧的弹力没有来得及变化,B1的受力情况没有变化,则B1所受合力为零,即
FB1=0
B2所受的合力大小等于2mg,即
FB2=2mg
故选B。
7.D
【解析】剪断细线的瞬间,A球的受力情况不变,故aA=0
B球受到的重力和弹簧的拉力不变,故
false
故选D。
8.B
【解析】物体在水平地面上向左运动,滑动摩擦力方向向右,由牛顿第二定律有
false
代入数据解得
false ,方向水平向右
所以B正确;ACD错误;
故选B。
9.C
【解析】物体的速度大小和加速度大小没有必然联系,一个很大,另一个可以很小,甚至为0,根据牛顿第二定律
false
同一物体所受合外力越大,加速度一定也越大。
故选C。
10.C
【解析】对光滑圆球受力分析如图所示
可得
2mg-Fsinθ=2ma
Fcosθ=FN
对两球所组成的整体有
(2m+m)g-μFN=(2m+m)a
联立解得
false
故C正确,ABD错误。
故选C。
11.BD
【解析】小球受力如图
由牛顿第二定律得
F合=mgtan30°=ma
a=gtan30°=falseg
则
FN=false=falsemg
故选BD。
12.CD
【解析】撤去挡板前,对整体分析,挡板对B球的弹力大小为2mgsinθ,因弹簧弹力不能突变,而杆的弹力会突变,所以撤去挡板瞬间,题图甲中A球所受合力为零,加速度为零,B球所受合力为2mgsinθ,加速度为2gsinθ;题图乙中杆的弹力突变为零,A、B球所受合力均为mgsinθ,加速度均为gsinθ
故选CD。
13.ABC
【解析】开始时,小球的重力大于弹力,加速度方向向下,小球向下加速运动,随着弹簧的压缩,弹力逐渐变大,则加速度逐渐减小,当弹力等于重力时,加速度为零,即
false
得
false
此时小球的速度最大,然后小球继续向下运动压缩弹簧,弹力大于重力,加速度变为向上,逐渐增大,速度逐渐减小,直到速度减小到零,到达最低点,由对称性可知,此时弹簧的压缩量为
false
故选ABC。
14.正比 反比 相同 kma 合力
【解析】略
15.false
【解析】在false内加速度为
false
由牛顿第二定律得
false
在false内加速度大小为
false
由牛顿第二定律得
false
则false和false的大小之比是4:5。
16.0.875 3750
【解析】[1]由牛顿第二定律可得
false
把车和物体看成一个整体可得加速度为
false
联立解得
false
[2]根据牛顿第二定律可得需再增加的牵引力为
false
17.20
【解析】略
18.乙同学的说法正确,物体的加速度大小是由物体所受的合力的大小和物体的质量共同决定的,与速度变化量及所用的时间无关。
【解析】略
19.都不对,加速度与合外力以及物体的质量都有关,甲没考虑质量,而乙没考虑合外力
【解析】甲乙两人的说法都不对;因为加速度与合外力以及物体的质量都有关,甲只考虑了力,没考虑质量,而乙只考虑了质量,没考虑合外力。
20.gtanθ,方向水平向右
【解析】选择小球为研究对象。设小球的质量为m,小球在竖直平面内受到重力mg、绳的拉力FT,在这两个力的作用下,小球产生水平方向的加速度a。这表明,FT与mg的合力方向水平向右,且
false
根据牛顿第二定律,小球具有的加速度为
false
方向水平向右
21.(1)0.4s,0.8m;(2)1.8s,14m/s
【解析】由题意可知,v0=4m/s,h=9m,上升到最高点时速度vt=0。
(1)重物离开气球后将先竖直向上做匀减速直线运动到达最高点。重物运动过程中只受重力,根据牛顿第二定律
mg=ma
解得
a=g=10m/s2
重物从离开气球到上升到最高点,经历时间为t上,上升高度为H上。根据匀变速直线运动公式,有
false
false
解得
false
false
(2)重物做自由落体运动过程中,下降总高度为H,下落时间为t下。由匀变速直线运动公式,有
false
又因为
H=H上+h=(0.8+9)m=9.8m
所以
false
重物从绳断到落地经历的时间
false=(0.4+1.4)s=1.8s
重物落地时的速度
v地=gt下=10×1.4m/s=14m/s
所以,绳断后重物经0.4s到达最高点,上升高度为0.8m;经过1.8s才能落到地面,落地时的速度为14m/s,方向竖直向下。