5.3牛顿第二运动定律同步练习--2021-2022学年高一上学期物理鲁科版（2019）必修第一册(Word版含答案)

鲁科版（2019）高一物理必修第一册课时同步练习
第3节 牛顿第二运动定律
一、单项选择题
1、如图所示,小球自a点由静止自由下落,到b点时与弹簧接触,到c点时弹簧被压缩到最短。若不计弹簧质量和空气阻力,在小球由a→b→c的运动过程中（ ）
A.b点到c点先加速后减速
B.b点的速度最大
C.b点的加速度小于重力加速度g
D.c点的加速度方向竖直向下
2、一质量为m=1 kg的物体在水平恒力F作用下沿直线水平运动,1 s末撤去恒力F,其v-t图像如图所示,则恒力F和物体所受阻力Ff的大小是( )
A.F=9 N,Ff=2 N B.F=8 N,Ff=3 N
C.F=8 N,Ff=2 N D.F=9 N,Ff=3 N
3、如图所示,固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆的夹角为θ,在斜杆下端固定有质量为m的小球,重力加速度为g,下列关于杆对小球的作用力F的判断中,正确的是 (　　)
A.小车静止时,F=mg sin θ,方向沿杆向上
B.小车静止时,F=mg cos θ,方向垂直杆向上
C.小车向右以加速度a运动时,一定有F=
D.小车向右以加速度a运动时,F=
4、车厢顶部固定一滑轮,在跨过定滑轮绳子的两端各系一个物体,质量分别为m1、m2,且m2>m1,m2静止在车厢底板上,当车厢向右运动时,m1、m2与车厢保持相对静止,系m1的那段绳子与竖直方向夹角为θ,系m2的那段绳子保持竖直,如图所示。绳子的质量、滑轮与绳子的摩擦忽略不计,下列说法正确的是 (　　)
A.车厢的加速度为gsinθ
B.车厢底板对m2的支持力为(m1+m2)g
C.绳子中的张力大小为m1gcosθ
D.车厢底板对m2的摩擦力为m2gtanθ
5、如图所示,质量为3 kg的物体A静止在竖直的轻弹簧上面,质量为2 kg的物体B用细线悬挂,A、B间相互接触但无压力,整个系统处于静止状态,取g=10 m/s2。某时刻将细线剪断,则剪断细线瞬间 (　　)
A.B的加速度大小为a=4 m/s2
B.A的加速度大小为a= m/s2
C.B对A的压力大小为0
D.B对A的压力大小为20 N
6、倾角为30°的长斜坡上有C、O、B三点,CO=OB=10 m,在O点竖直固定一长10 m的直杆AO。A端与C点、坡底B点间各连有一光滑的钢绳,且各穿有一钢球(视为质点),将两钢球从A端由静止开始、同时分别沿两钢绳滑到钢绳末端,如图所示,则钢球在钢绳上滑行的时间tAB和tAC分别为(取g=10 m/s2) (　　)
A. s和4 s B. s和2 s
C.2 s和2 s D.4 s和 s
7、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.aA=aB=0 B.aA=2g,aB=0
C.aA=g,aB=0 D.aA=2g,aB=0
8、如图,物块A和B的质量分别为4m和m,开始A、B均静止,细绳拉直,在竖直向上拉力F=6mg作用下,动滑轮竖直向上加速运动。已知重力加速度为g,动滑轮的质量、半径忽略不计,不考虑绳与滑轮之间的摩擦,且细绳足够长,则在滑轮向上运动过程中,物块A和B的加速度大小分别为 (　　)
A.aA=g,aB=5g
B.aA=aB=g
C.aA=g,aB=3g
D.aA=0,aB=2g
二、多项选择题
9、下列对牛顿第二定律的表达式F=ma及其变形公式的理解,正确的是 ( )
A.由F=ma可知,物体所受的合力与物体的质量成正比,与物体的加速度成正比
B.由m=可知,物体的质量与其所受合力成正比,与其运动的加速度成反比
C.由a=可知,物体的加速度与其所受合力成正比,与其质量成反比
D.由m=可知,物体的质量可以通过测量它的加速度和它所受到的合力而求出
10、静止在光滑水平面上的物体,受到一个逐渐减小的水平力的作用,则这个物体的运动情况为 (　　)
A.速度不断增大,但增大得越来越慢
B.加速度不断增大,速度不断减小
C.加速度不断减小,速度不断增大
D.加速度不变,速度先减小后增大
11、静止在水平地面上的小车,质量为5 kg,在50 N的水平拉力作用下做直线运动,2 s内匀加速前进了4 m,在这个过程中(g取10 m/s2) (　　)
A.动摩擦因数是0.8
B.摩擦力的大小是10 N
C.小车加速度的大小是1 m/s2
D.小车加速度的大小是2 m/s2
12、如图所示,某一缆车沿着倾角为30°的山坡以加速度a上行,在缆车中放一个与山坡表面平行的斜面,斜面上放一个质量为m的小物块,小物块相对斜面静止(设缆车保持竖直状态运行),则 (　　)
A.小物块受到的摩擦力方向平行斜面向下
B.小物块受到的摩擦力方向平行斜面向上
C.小物块受到的摩擦力为mg+ma
D.小物块受到的摩擦力为mg-ma
13、已知雨滴下落时受到的空气阻力与速度大小成正比,若雨滴从空中由静止下落,下落过程中所受重力保持不变,下落过程中加速度用a表示,速度用v表示,下落距离用s表示,落地前雨滴已做匀速运动,下列图像中可以定性反映雨滴运动情况的是 (　　)
二、非选择题
14、民航客机一般都有紧急出口,发生意外情况的飞机紧急着陆后,打开紧急出口,狭长的气囊会自动充气,生成一条连接出口与地面的斜面,斜面的倾角为30°,人员可沿斜面匀加速滑行到地上。如果气囊所构成的斜面长度为8 m,一个质量为50 kg的人从静止开始沿气囊滑到地面所用时间为2 s,求:(g=10 m/s2)
(1)人滑至地面时速度的大小;
(2)人与气囊之间的动摩擦因数。
15、一质量为2 kg的物块置于水平地面上。当用10N的水平拉力F拉物块时,物块做匀速直线运动。如图所示,现将拉力F改为与水平方向成37°角,大小仍为10 N,物块从静止开始在水平地面上运动。(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取
10 m/s2)求:
(1)物块运动的加速度大小。
(2)物块开始运动3 s后的速度和位移大小。
16、如图所示,在倾角θ=37°的足够长的固定的斜面底端有一质量m=1.0 kg的物体。物体与斜面间动摩擦因数μ=0.25,现用轻细绳将物体由静止沿斜面向上拉动。拉力F=10 N,方向平行斜面向上。经时间t=4 s绳子突然断了,求:
(1)绳断时物体的速度大小。
(2)从绳子断了开始到物体再返回到斜面底端的运动时间。(sin37°=0.60,cos37°=0.80,g取10 m/s2)
17、“歼-10”战斗机的横空出世,证实了我国航空事业在飞速发展,而航空事业的发展又离不开风洞实验,其简化模型如图a所示。在光滑的水平轨道上停放相距x0=10 m的甲、乙两车,其中乙车是风力驱动车。在弹射装置使甲车获得v0=40 m/s的瞬时速度向乙车运动的同时,乙车的风洞开始工作,将风吹向固定在甲车上的挡风板,从而使乙车获得了速度,利用测绘装置得到了甲、乙两车的v-t图像如图b所示,设两车始终未相撞。
(1)若甲车的质量与其加速度的乘积等于乙车的质量与其加速度的乘积,求甲、乙两车的质量比;
(2)求两车相距最近时的距离。
答案与解析
1、A
解析：从b点到c点,小球受到重力和向上的弹力,弹力逐渐增大,开始时弹力小于重力,合力向下,加速度向下,小球做加速运动。后来,弹力大于重力,合力向上,加速度向上,小球做减速运动,所以b点到c点小球先加速后减速,故A正确;b、c间某位置弹力等于重力,小球的合力为零时速度最大,故B错误;在b点弹簧的弹力为零,合力为重力,小球的加速度等于重力加速度g,故C错误;b、c间某位置弹力等于重力,小球由于惯性,继续向下运动,弹力增大,则在c点弹力大于重力,合力方向竖直向上,因此,c点的加速度方向竖直向上,故D错误。
2、D
解析：由图线知,匀加速直线运动的加速度:a1==6 m/s2,匀减速直线运动的加速度大小a2== m/s2=3 m/s2。
根据牛顿第二定律得,F-Ff=ma1=6 N
Ff=ma2=3 N。
解得F=9 N,Ff=3 N。故D正确,A、B、C错误。
3、D
解析：当小车静止时,球处于平衡状态,则杆对小球的作用力F=mg,方向竖直向上,故A、B错误。当小车向右以加速度a运动时,则球的合力为F合=ma,根据平行四边形定则知,杆对球的作用力F=,因为杆对球的作用力方向不一定沿杆,则作用力不一定等于,故C错误,D正确。
4、D
解析：对物体m1受力分析如图甲所示,
竖直方向:T1cosθ=m1g
水平方向:T1sinθ=m1a
得:a=gtanθ,车厢与m1的加速度相同为gtanθ,方向水平向右;
解得:T1=,即绳子的张力大小为,故A、C错误;对物体m2受力分析如图乙所示。
竖直方向:T1′+N=m2g
水平方向:f=m2a
解得:N=m2g-,f=m2gtanθ,故B错误,D正确。
5、A
解析：剪断细线前,A、B间无压力,则弹簧的弹力F=mAg=30 N,剪断细线的瞬间,弹簧形变量不变,弹力仍为30 N。对A、B整体分析,整体加速度a==4 m/s2,所以A、B的加速度大小均为4 m/s2,故选项A正确,选项B错误。隔离B分析,mBg-FN=mBa,解得FN=mBg-mBa=2×10 N-2×4 N=12 N,由力的相互性知B对A的压力为12 N,故选项C、D错误。
6、C
解析：由几何关系知,AB与水平面的夹角为60°,AC与水平面的夹角为30°,AB的长度为:x1=2×10×cos 30°=10 m,AC的长度x2=10 m;根据牛顿第二定律得出,钢球在AB钢绳上下滑的加速度a1=g sin 60°=5 m/s2,钢球在AC钢绳上下滑的加速度a2=g sin 30°=5 m/s2;由位移时间公式x=at2得出:tAB== s=2 s,tAC== s=2 s,故C正确。
7、D
解析：设两球的质量均为m,倾斜弹簧的弹力为T1,竖直弹簧的弹力为T2。剪断细线前,对A、B两球(包括A、B间弹簧)组成的整体,由平衡条件可得T1 cos 60°=2mg,解得:T1=4mg;对小球B,由平衡条件可得:T2=mg。剪断细线瞬间,绳中弹力变为零,而弹簧中弹力不会突变。对A球,剪断细线瞬间,A球所受合力与原来细线拉力大小相等,方向相反,即水平向左,由牛顿第二定律可得T1 sin 60°=maA,解得aA=2g;对B球,B球的受力情况不变,即加速度仍为0。故D正确。
8、D
解析：竖直向上的拉力F=6mg,A、B受的拉力均为3mg,对物块A,因为3mg<4mg,故物块A静止,加速度为0;对物块B,由牛顿第二定律得3mg-mg=maB,解得aB=2g,选项A、B、C错误,D正确。
二、多项选择题
9、CD
解析：牛顿第二定律的表达式F=ma表明了各物理量之间的关系,即已知两个量,可求第三个量,但物体的质量是由物体本身决定的,与受力无关;作用在物体上的合力,与物体的质量和加速度无关。故选项C、D正确。
10AC
解析：水平面光滑,说明物体不受摩擦力作用,故物体所受合力大小等于水平力的大小,力逐渐减小,合外力也逐渐减小,由公式F=ma可知:当F逐渐减小时,a也逐渐减小;但力F与运动方向相同,速度逐渐增大。
11、AD
解析：根据运动学公式有x=at2,代入数据解得a=2 m/s2,故C错误,D正确;根据牛顿第二定律有F-f=ma,解得摩擦力的大小为f=F-ma=50 N-10 N=40 N,故B错误;由滑动摩擦力的公式f=μN=μmg,可得动摩擦因数为μ==0.8,故A正确。
12、BC
解析：以物块为研究对象,分析受力情况:受重力mg、斜面的支持力N和静摩擦力f,f沿斜面向上,故A错误,B正确;根据牛顿第二定律得f-mg sin 30°=ma,解得f=mg+ma,方向平行斜面向上,故C正确,D错误。
13、BC
解析：雨滴刚开始下落时,阻力f较小,远小于雨滴的重力G,即f二、非选择题
14、答案：(1)8 m/s
(2)
解析：(1)由运动学公式有:x=at2
代入数据解得:a=4 m/s2
则到达地面时的速度为:v=at=8 m/s
(2)由牛顿第二定律可得:mg sin θ-μmg cos θ=ma
代入数据解得:μ=
15、解析：(1)当用10 N的水平拉力F拉物块时,物块做匀速直线运动,受力平衡,根据平衡条件得:
F-μmg=0,解得:μ=0.5
将拉力F改为与水平方向成37°角,大小仍为10 N时,物块的受力如图所示。
根据牛顿第二定律得:
竖直方向上的支持力为:FN=mg-Fsin37°
水平方向上有:Fcos37°-f=ma
且有 f=μFN
解得 a=0.5 m/s2。
(2)物块开始运动3 s后的速度为:
v=at=0.5×3 m/s=1.5 m/s
物块开始运动3 s后的位移是:
x=at2=×0.5×32 m=2.25 m
答案:(1)0.5 m/s2
(2)1.5 m/s　2.25 m
16、解析：(1)物体向上运动过程中,受力分析如图甲所示:
设加速度为a1,则有:
F-mgsinθ-Ff=ma1
FN=mgcosθ
Ff=μFN
得:F-mgsinθ-μmgcosθ=ma1
代入解得:a1=2.0 m/s2
所以,t=4.0 s时物体速度v1=a1t=8.0 m/s
(2)绳断后,物体距斜面底端x1=a1t2=16 m。
绳断后,受力分析如图乙所示:
设加速度为a2,由牛顿第二定律得:
mgsinθ+μmgcosθ=ma2
得:a2=g(sinθ+μcosθ)=8.0 m/s2
物体做减速运动时间:t2==1.0 s
减速运动位移:x2==4.0 m
此后物体沿斜面匀加速下滑,受力分析如图丙所示:
设加速度为a3,则有:
mgsinθ-μmgcosθ=ma3
得:a3=g(sinθ-μcosθ)=4.0 m/s2
设下滑时间为t3,则:x1+x2=a3
解得:t3= s≈3.2 s
得:t总=t2+t3=4.2 s
答案:(1)8.0 m/s
(2)4.2 s
17、答案：(1) (2)4 m
解析：(1)由题图b可知,甲车加速度的大小
a甲=
乙车加速度的大小a乙=
因甲车的质量与其加速度的乘积等于乙车的质量与其加速度的乘积,所以有m甲a甲=m乙a乙
解得=
(2)在t1时刻,甲、乙两车的速度相等,均为v=10 m/s,此时两车相距最近。
对乙车有v=a乙t1
对甲车有v=a甲(0.4 s-t1)
解得t1=0.3 s
v-t图线与时间轴所围的面积表示位移,两车相距最近时有
x甲= m=7.5 m
x乙= m=1.5 m
两车相距最近时的距离为xmin=x0+x乙-x甲=4 m