4.6牛顿运动定律的应用基础巩固2021—2022学年高中物理教科版(2019)必修第一册
一、选择题(共15题)
1.目前青岛最高建筑是位于市北CBD的山东航运中心,高达249米.若有一乘客从山东航运中心一楼坐电梯直上楼顶,电梯先竖直向上做匀加速运动,达到一定速度后做匀速运动,最后做匀减速直线运动直到顶楼,则该乘客依次经历的状态是( )
A.失重 平衡 超重
B.平衡 失重 超重
C.超重 平衡 失重
D.超重 失重 平衡
2.下列几种情况中,升降机绳索拉力最大的是( )
A.以很大速度匀速上升
B.以很小速度匀速下降
C.上升时以很大的加速度减速
D.下降时以很大的加速度减速
3.如图所示,截面为三角形的钢坯A、B叠放在汽车的水平底板上,汽车底板和钢坯表面均粗糙,以下说法正确的是( )
A.汽车、钢坯都静止时,汽车底板对钢坯A有向左的静摩擦力
B.汽车、钢坯都静止时,钢坯A对B无摩擦力作用
C.汽车加速启动过程中,若汽车与钢坯相对静止,钢坯A对B的弹力不变
D.刹车时,若汽车与钢坯相对静止,钢坯A受到汽车底板对它的静摩擦力
4.如图所示,A、B两物体的质量分别为M和m,用跨过光滑定滑轮的轻绳相连,A物体与水平桌面间的动摩擦力因数为μ,重力加速度为g,在A物体加速向右运动过程中(B物体落地前),A的加速度大小为( )
A. B. C. D.g
5.如图所示,蹦极是一种极限体育项目,运动员从高处跳下,弹性绳被拉伸前做自由落体运动,弹性绳被拉伸后在弹性绳的缓冲作用下,运动员下落一定高度后速度减为零。从弹性绳开始张紧到运动员下落到最低点的过程中,忽略空气阻力,下列说法正确的是( )
A.运动员的速度先增大后减小
B.运动员的加速度一直增大
C.运动员一直处于失重状态
D.运动员一直处于超重状态
6.如图所示:一个质量为M的倒“日”字木框中间套有一质量为m的圆环静止放在水平面上,现给圆环一向上初速度v,当圆环向上运动过程中,木框恰好对地面无压力,则此时圆环的加速度为( )
A.0 B.g C. D.
7.2020年7月4日,羽毛球运动员林丹宣布退役,如图是林丹在某次羽毛球比赛中跃起的动作,将羽毛球以原速率斜向上击回,球在空中运动一段时间后落至对方的界内。林丹运动过程中空气阻力不计,则下列说法正确的是( )
A.林丹在起跳过程中地面对他的支持力是他的形变产生的
B.林丹在最高点速度为零,处于平衡状态
C.林丹在空中的运动过程处于失重状态
D.林丹击球过程中羽毛球的加速度为零
8.倾角为θ的光滑固定斜面上放置一滑块M,其上表面水平,又在滑块M上放置一个质量为m的滑块,M和m保持相对静止,一起沿光滑斜面下滑,则物体m受到的摩擦力f和支持力N的大小为( )
A.f=mgsinθ,N=mgcosθ B.f=mgsinθcosθ,N=mgcos2θ
C.f=mgcos2θ,N=mgsinθcosθ D.f=mgcosθ,N=mgsin2θ
9.如图所示,用一个沿斜面向上的恒力F将静止在斜面底端的物体加速向上推,推到斜面中点时,撤去恒力F,之后物体恰好运动到斜面顶端并返回.已知物体从底端运动到顶端所需时间以及从顶端滑到底端所需时间相等,物体回到底端时速度大小为10m/s,则
A.恒力F与物体所受摩擦力之比为2:1
B.物体所受重力与物体所受摩擦力之比为3:1
C.撤去恒力F时物体的速度大小为10m/s
D.物体在沿斜面上升过程与下滑过程中加速度相等
10.如图所示,B是水平地面上AC的中点,可视为质点的小物块以某一初速度从A点滑动到C点停止。小物块经过B点时的速度等于它在A点时速度的一半.则小物块与AB段间的动摩擦因数μ1和BC段间的动摩擦因数μ2的比值为( )
A.1.5 B.0.5 C.3 D.5
11.很多智能手机都有加速度传感器可以测量手机自身的加速度。某同学打开加速度传感器,用手水平托着手机。手迅速向下运动,让手机脱离手掌而自由下落一会,然后接住手机,手机屏幕上记录一段加速度随时间变化的图像,取竖直向上为正方向,将其图像简化为如图所示,下列说法正确的是( )
A.时刻,手机加速度大小可能大于
B.到时间内,手机一直处于完全失重状态
C.时刻,手机处于完全失重状态
D.时刻,手机的运动方向为竖直向上
12.如图所示为运动员跳高时的精彩瞬间,下列说法正确的是( )
A.运动员起跳时地面对他的支持力等于他所受的重力
B.运动员起跳以后在上升过程中处于失重状态
C.运动员在最高点处于平衡状态
D.运动员在下降过程中处于超重状态
13.如图所示,质量为m的小物块以初速度v0冲上足够长的固定斜面,斜面倾角为θ,物块与该斜面间的动摩擦因数μ>tanθ,(规定沿斜面向上方向为速度v和摩擦力f的正方向)则图中表示该物块的速度v和摩擦力f随时间t变化的图象正确的是()
A. B.
C. D.
14.如图所示,质量为的物体A经跨过定滑轮的轻绳与质量为M的箱子B相连,箱子底板上放一质量为的物体已知,不计定滑轮的质量和摩擦,不计空气阻力,在箱子加速下落的过程中,下列关系式中正确的是
A.物体A的加速度大小为
B.物体A的加速度大小为
C.物体C对箱子的压力大小为
D.物体C对箱子的压力大小为
15.如图所示,ab、cd是竖直平面内两根固定的细杆,a、b、c、d位于同一圆周上,圆周半径为R,b点为圆周的最低点,c点为圆周的最高点.现有两个小滑环A、B分别从a、c处由静止释放,滑环A经时间t1从a点到达b点,滑环B经时间t2从c点到达d点;另有一小球C从b点以初速度v0=沿bc连线竖直上抛,到达最高点时间为t3,不计一切阻力与摩擦,且A、B、C都可视为质点,则t1、t2、t3的大小关系为( )
A.t1=t2=t3
B.t1=t2>t3
C.t2>t1>t3
D.A、B、C三物体的质量未知,因此无法比较
二、填空题(共4题)
16.有一个直角支架AOB,OA水平,表面粗糙,OB竖直,表面光滑。AO上套有小环P,P与OA间动摩擦因数为μ=0.5,OB上套有小环Q,两环质量均为m,两环间由一根长为L的轻绳相连,静止在图示位置,θ=37°。现用外力F将P环向右拉动,使小环Q以加速度a=0.8g匀加速上升,直至θ增大到53°,在这一过程中,小环P受到的摩擦力将___________,轻绳所受的拉力将___________。(选填“增大”、“减小”或“不变”)
17.如图所示,质量为2 m的物块A与质量为m的物块B置于水平面上,在已知水平推力F的作用下,A、B做加速运动,若水平面光滑,则A对B的作用力的大小为_________.若水平面不光滑,且A、B与地面的动摩擦因数相等,则A对B的作用力的大小为_________.
18.如图所示,有一斜面体静止在粗糙水平面上,斜面上放有一物块,物块恰能沿斜面匀速下滑,此时斜面体受到地面的静摩擦力情况为________(填“方向向左” “方向向右”或“不受摩擦力”).现施加一平行于斜面向下的外力F , 物块沿斜面加速下滑,此时斜面体受到地面的静摩擦力情况为________(填“方向向左”“方向向右”或“不受摩擦力”).
19.如图所示为“探究加速度与物体受力的关系”的实验装置图。图中A为小车,质量为m1,连接在小车后面的纸带穿过电火花打点计时器B,它们均置于水平放置的一端带有定滑轮的足够长的木板上,P的质量为m2,C为弹簧测力计,实验时改变P的质量,读出测力计不同读数F,不计绳与滑轮的摩擦。
(1)下列说法正确的是______。
A.一端带有定滑轮的长木板必须保持水平
B.实验时应先接通电源后释放小车
C.实验中m2应远小于m1
D.测力计的读数始终为
(2)如图为某次实验得到的纸带,纸带上标出了所选的四个计数点之间的距离,相邻计数点间还有四个点没有画出,由此可求得小车的加速度的大小是______m/s2(交流电的频率为50Hz,结果保留两位有效数字)。
(3)实验时,该同学测量得到的a—F图象如图所示,写出图象不过原点的可能原因:______。
三、综合题(共4题)
20.质量为的物体放在倾角为的足够长的斜面上,在与斜面平行向上、大小为的拉力作用下,物体沿斜面匀加速上升,加速度大小为,当物体上滑速度为s时,突然撤去拉力,则这时物体的加速度为多大?撤去外力后物体沿斜面还能上滑多远?
21.如图所示,在光滑的桌面上叠放着一质量为mA=2.0kg的薄木板A和质量为的金属块B。A的长度L=2.0m。B上有轻线绕过定滑轮与质量为mC=1.0 kg的物块C相连。B与A之间的滑动摩擦因数 =0.10,最大静摩擦力可视为等于滑动摩擦力。忽略滑轮质量及与轴间的摩擦。起始时令各物体都处于静止状态,绳被拉直,B位于A的左端(如图),然后放手,求经过多长时间t后 B从 A的右端脱离(设 A的右端距滑轮足够远)(取g=10m/s2)。
22.如图所示,水平地面上固定一个倾角,高的斜面,时刻起在斜面底端A处有一个小物块质量,以初速度沿斜面向上运动,并且时刻起有一平行于斜面的斜向下的的恒力作用在物块上,作用时间为。已知物块与斜面间动摩擦因数,
,,,物块与斜面间的最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等,不计空气阻力影响,求:
(1)物块向上滑行的距离及时间;
(2)撤掉外力后物块经多长时间停下来。
23.质量物体放在光滑的水平面上,对该物体加上水平向右的两个变力,如图实线所示.求该物体在3秒内的任一时刻的加速度大小.
参考答案
1.C
【详解】
当电梯先竖直向上做匀加速运动时,电梯的加速度的方向向上,电梯处于超重状态;当电梯向上做匀速直线运动的过程中,电梯没有加速度,处于平衡状态;当电梯向上做减速运动的过程中,电梯的加速度的方向向下,所以电梯处于失重状态,故C正确,ABD错误.
2.D
【详解】
3.D
【详解】
A.汽车、钢坯都静止时,把汽车和钢坯看成整体可知,汽车底板对钢坯A无静摩擦力 ,A错误;
B.汽车、钢坯都静止时,对B来说,A给B有沿斜面斜向上的静摩擦力,B错误;
C.汽车向左启动时,因为两物体向左的加速度变化,所以若汽车与钢坯相对静止,则钢坯A对B的弹力变大,C错误。
D.汽车加速启动时,汽车与钢坯相对静止,把汽车和钢坯看成整体可知钢坯A受到汽车底板对它的向左的静摩擦力,D正确。
故选D。
4.A
【详解】
对B分析可得受绳子的拉力,重力二力作用,根据牛顿第二定律可得
对A分析,在水平方向上受绳子的拉力,桌面的摩擦力二力作用,故有
联立可得
故A正确,BCD错误。
故选A。
4、建立坐标系;5、选取正方向;6、根据牛顿第二定律列方程求解,必要时对结果进行讨论分析。
5.A
【详解】
弹性绳拉伸后,开始时拉力小于重力,加速度方向向下,运动员向下加速运动,处于失重状态,随着拉力的变大,加速度逐渐减小;当拉力等于重力时,速度最大,加速度减为零;当拉力大于重力时,运动员加速度方向向上,运动员做减速运动,处于超重状态,加速度逐渐变大,一直到最低点时,速度减小为零。故A正确,BCD错误。
故选A。
6.D
【解析】
【详解】
对木框进行受力分析,木框恰好对地面无压力,所以木框受到重力和圆环对它向上的摩擦力,合力等于零;对圆环进行受力分析,它受到重力和向下的摩擦力,根据牛顿第二定律即可求出其加速度.木框恰好对地面无压力,所以
Mg=f
对圆环进行受力分析,根据牛顿第二定律得:
mg+f=ma
解得:
a==
A.0与分析结果不符,故A错误。
B. g与分析结果不符,故B错误。
C. 与分析结果不符,故C错误。
D. 与分析结果相符,故D正确。
7.C
【详解】
A.林丹在起跳过程中地面对他的支持力是地面的形变产生的力,故A错误;
B.林丹在最高点时仅受重力作用,即所受外力不为零,不是处于平衡状态,故B错误;
C.双脚离开地面后,只受重力,加速度为g,处于失重状态,故C正确;
D.将羽毛球以原速率斜向上击回,则羽毛球的速度方向发生变化,由可知,加速度不为0,故D错误。
故选C。
8.B
【详解】
对两物体组成的整体受力分析,根据牛顿定律可得
解得
a=gsinθ
整体加速度的方向沿斜面向下。对物体m受力分析,将加速度分解成水平方向和竖直方向后有
解得
、
故选B。
9.C
【详解】
ABD.撤去外力前有
撤去外力后继续上升的过程有:
由题意可知上升时两个阶段中第一上升过程初速度是0,末速度为v,第二上升过程,初速是v,末速度是0,它们的位移大小相等,故可以知道两个阶段的加速度大小相等,即
a1=a2
运动时间相等,设斜面长为2x,上升时间为2t,撤去外力前有
下滑过程中由牛顿第二定律
下滑过程有
联立以上可得
代入
a1=a2
可得
F:f=8:1
Mgsinθ:f=3:1
ABD错误;
C.撤去外力前有
v1=a1t
下降过程有
解得
v1=10m/s
C正确。
故选C。
10.C
【详解】
在AB段,有
可得
在BC段,有
得
则
故ABD错误,C正确。
故选C。
11.C
【详解】
AC.时刻,加速度向下,其值稳定一段时间,对应物体自由下落,其加速度为g,处于完全失重状态,A错误,C正确;
B.到时间内,有一段时间加速度向上,表明手机处于超重状态,B错误;
D.时刻,手机向上的加速度最大,表明手机对手的压力最大,此时手机运动到最低位置,速度为零,即将向上运动。D错误。
故选C。
12.B
【详解】
A.运动员起跳时加速上升,则地面对他的支持力大于他所受的重力,A错误;
B.运动员起跳以后在上升过程中加速度向下,处于失重状态,B正确;
C.运动员在最高点受重力作用,不是处于平衡状态,C错误;
D.运动员在下降过程中加速度向下,处于完全失重状态,D错误;
故选B。
13.A
【详解】
AB.因为μ>tanθ所以,即物体冲到最高点速度为零且保持静止不再下滑,则可判断物体所做运动:先做减速运动最后静止在最高点,则选项A正确,B错误.
CD.开始物体受滑动摩擦力大小为方向沿斜面向下(负方向),最后平衡摩擦力大小等于方向向上(正方向),选项CD错误。
故选A。
14.C
【分析】
先分别对A和BC整体受力分析,求解出加速度;然后再隔离B,受力分析后根据牛顿第二定律列式求解.
【详解】
设加速度大小为a,对物体A,受到重力和拉力,根据牛顿第二定律,有:;对物体BC整体,根据牛顿第二定律,有:;联立解得:;故A错误,B错误.物体C受重力和支持力,根据牛顿第二定律,有:,解得:,带入a表达式解得:,故C正确,D错误.故选C.
15.A
【详解】
由已知条件知,小球C竖直上抛能达到的最高点为c点,由对称性可知,小球C运动的时间与从c点自由下落到b点的时间相等.结合等时圆的结论可知,t1=t2=t3,A正确.
故选A
16.不变 增大
【详解】
[1]由于Q向上匀加速运动,则可知绳子的拉力在竖直方向上的分力保持不变;则可知拉力对P竖直向下的分力保持不变;故P与OA间的压力不变,故P受到的摩擦力不变;
[2]绳子的拉力T在竖直方向上的分力保持不变
故随θ增大T增大。
17. ; ;
18.不受摩擦力 不受摩擦力
19.B 0.50 没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不允分
20.
【详解】
当施加拉力时,对物体受力分析可知
解得
当撤去拉力时,受力分析可得
解得
撤去外力后,由运动学公式
解得
21.
【详解】
根据牛顿第二定律得,B的加速度
A的加速度
根据
解得
22.(1)30m,2s;(2)1s。
【详解】
(1)物块上滑过程中,加速度
联立解得
上滑过程经历的时间
上滑过程的位移
(2)因为,所以物块未从斜面顶端飞出。
物块下滑,撤去之前的下滑过程中,加速度沿斜面向下
解得
经历的时间
恒力撤去,物块加速度沿斜面向上
解得
经历的时间
速度减为0。
23.3m/s2
【详解】
物体在3秒内的任一时刻的合外力均等于6N,根据牛顿定律可知