4.5 牛顿运动定律的应用
一、单选题
1.国庆放假,小明坐公交车回家,行驶中,他手握固定于车厢顶部的扶杆,始终相对于汽车静止地站在车箱底板上,在他面前的车顶还有一个用细线悬挂的小球A,如图所示。设小明的质量为m,他的鞋底与公共汽车间的动摩擦因数为μ,若某时刻观察到细线偏离竖直方向θ角(取θ=60°),则此刻公共汽车对小明产生的作用力的大小和方向为( )
A.大小等于μmg,方向水平向左 B.大小等于mg,方向竖直向上
C.大小等于,方向斜向左上方 D.大小等于,方向斜向左上方
2.在水平的足够长的固定木板上,一小物块以某一初速度开始滑动,经一段时间后停止,现将该木板改置成倾角为45°的斜面,让小物块以相同的初速度沿木板上滑,若小物块与木板之间的动摩擦因数为则小物块上滑到最高位置所需时间与之比为
A. B. C. D.
3.“儿童蹦极”中,拴在腰间左、右两侧的是悬点等高、完全相同的两根橡皮绳。质量为m的小明如图所示静止悬挂时,两橡皮绳与水平方向的夹角均为30°,则( )
A.每根橡皮绳的拉力为mg
B.若将悬点间距离变小,则每根橡皮绳所受拉力将变小
C.若此时小明左侧橡皮绳在腰间断裂,则小明此时加速度a=g,沿未断裂绳的方向斜向上
D.若拴在腰间左、右两侧的是悬点等高、完全相同的两根轻绳,则小明左侧轻绳在腰间断裂时,小明的加速度a=g
4.如图所示是采用动力学方法测量空间站质量的原理图,若已知飞船质量为4.0×103kg,其推进器的平均推力为800N,在飞船与空间站对接后,推进器工作5s内测出飞船和空间站速度变化是0.05m/s,则空间站的质量为( )
A.7.6×104kg B.8.0×104kg C.4.0×104kg D.4.0×103kg
5.运动员从悬停的直升机上跳伞,下落一段时间后打开降落伞,打开伞之前,运动员所受空气阻力可忽略,打开伞后受到的空气阻力与速度成正比,运动员打开伞后的运动情况不可能是
A.加速度大小先减小最后为零
B.加速度大小先增大最后为零
C.速度一直不变
D.速度先增大后不变
二、多选题
6.如图所示,半径为R的光滑半圆轨道BC的圆心为O,直径BC竖直,在B点与长度为L的光滑水平轨道AB平滑连接。质量为m的小球从A点开始在水平恒力F的作用下由静止开始运动,运动到B点时撤去该力。小球能沿圆弧轨道从B点运动到C点,并从C点水平抛出,重力加速度为g,则下列说法正确的是( )
A.小球从A点运动到B点的时间为
B.小球在B点的速度大小为
C.小球在半圆轨道最低点B时对轨道的压力大小为
D.小球从C点抛出的初速度大小为
7.如图所示,一只猫在桌边猛地将桌布从鱼缸下拉出,鱼缸最终没有滑出桌面。若鱼缸、桌布、桌面两两之间的动摩擦因数均相等,则在上述过程中( )
A.桌布对鱼缸摩擦力的方向向左
B.鱼缸在桌布上的滑动时间大于在桌面上的滑动时间
C.猫增大拉力,鱼缸受到的摩擦力不变
D.猫减小拉力,鱼缸有可能滑出桌面
三、填空题
8.如图所示,质量为m=2kg的物体静止在水平面上,物体与水平面间的动摩擦因数μ=0.5,现用F=14N的水平拉力拉物体,则经过t=3s物体的位移大小为_________m,3s末拉力F的功率为________W.(g=10m/s2)
四、解答题
9.如图所示,一个质量m=4kg的小物块放在水平地面上。对小物块施加一个F=10N的恒定拉力,使小物块做初速度为零的匀加速直线运动,拉力与水平方向的夹角θ=37°,小物块与水平地面间的动摩擦因数μ=0.2,已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度g取10m/s2,不计空气阻力。求:
(1)小物块运动过程中加速度的大小;
(2)小物块运动4s位移的大小;
(3)若4s之后将力F撤去,物块还需要多长时间停止运动。
10.民航客机都有紧急出口,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,人员可沿斜面滑行到地面。若机舱口下沿距地面h=3.6m,气囊所构成的斜面长度为l=6.0m,一个质量为m=60kg的人沿气囊滑下时所受的阻力是f=240N,g取10m/s2(为简化问题,此处将人看作质点,并忽略空气阻力) 求:
(1)乘客在气囊上滑下的加速度至少为多大;
(2)若乘客从静止开始下滑,滑到底需要多长时间?
11.如图所示是经过某市的高速公路某一出口路端示意图,一质量为的汽车在A点以速度进入匝道,匀减速直线运动通过下坡路端至B点通过B点前后速率不变,在匀速率通过水平圆弧路段至C点,最后关闭发动机从C点沿平直路段减速到D点停下,BC为四分之一水平圆弧段,限速允许通过的最大速度,轮胎与BC段路面间的动摩擦因数,最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力,CD段为平直路段,重力加速度.
若汽车在AB下坡段加速度的大小,汽车到达B点速度刚好不超速,则AB段长度为多少?
为保证行车安全,车轮不打滑,求水平圆弧段BC半径R的最小值;
轿车以最大速度通过BC段后,进入CD段,在CD段运动的时间为10s,若轿车做匀减速运动,求轿车在CD段的阻力大小.
12.如图,OAB是同一竖直平面内的滑行轨道,其中水平OA段长27m,AB段是倾角θ=37°足够长的斜直轨道,OA与AB在A点平滑连接(滑过拐角时速度大小不变);滑板及运动员总质量为60kg,运动员沿水平轨道向左滑行,到O点时速度大小为12m/s,经2s后速度大小为8m/s。已知滑板与两段滑行轨道间的动摩擦因数相同,g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,忽略空气阻力,求:
(1)滑板与滑行轨道间的动摩擦因数;
(2)运动员继续向左滑到A点时速度的大小;
(3)运动员沿AB段向上运动的时间(保留两位有效数字)。
13.2019年7月26日,随着长征二号丙运载火箭在西昌发射中心顺利升空,中国也首次成功验证了火箭第一级落点的精确控制技术,成为全球继美国之后,第二个掌握该技术的国家,长征二号丙火箭第一级残骸在贵州黔南布依族苗族自治州被顺利找到,落点在设定的落区范围内,这是中国航天在落点可控、精准回收领域取得的重大突破。其一级火箭的回收过程可以简化为:一级火箭关闭推进器,脱离主体后继续上升至离地面3225m的高空,然后开始无初速下落,下落至离地面3100m的高度处,此时一级火箭立即打开助推器开始匀速下降,持续50s后增大助推器的推力进而匀减速下降,成功落地时速度大小为2m/s,g=10m/s2,(忽略高度对重力加速度的影响,不计空气阻力)求:
(1)一级火箭从无初速开始下落至3100m高度处所需要的时间;
(2)一级火箭匀速下落的高度是多少?
(3)一级火箭最后匀减速下落的时间是多少?(计算结果保留一位小数)
试卷第1页,共3页
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参考答案:
1.D
【解析】
【详解】
以小球为研究对象,根据牛顿第二定律,得
m球gtanθ=m球a
得到
a=gtanθ
以人为研究对象,人与球的加速度相同,均水平向左,作出人的受力图,如图
设汽车对学生的作用力与竖直方向的夹角为α,根据牛顿第二定律,得
mgtanα=ma
将a=gtanθ代入,得
α=θ
方向斜向左上方。故ABC错误,D正确;
故选D。
2.A
【解析】
【详解】
木板水平时,物块的合力是滑动摩擦力,以初速度方向为正方向,根据牛顿第二定律得出:小物块的加速度为:,设滑行初速度为,则滑行时间为;
木板改置成倾角为的斜面后,对物块进行受力分析如图所示:
小滑块的合力
小物块上滑的加速度,
滑行时间,
因此,故选项A正确,BCD错误.
3.B
【解析】
【详解】
A.小明静止时受到重力和两根橡皮绳的拉力,处于平衡状态,如图所示
由于静止悬挂时,两橡皮绳与水平方向的夹角为30°,故两个拉力的夹角为120°,故两个拉力的合力一定在角平分线上,且在竖直线上,大小为
即
得
A错误;
B.若将悬点间距离变小,则每根橡皮绳与竖直方向间的夹角θ变小,由平衡条件知
则每根橡皮绳所受拉力将变小,B正确;
C.当左侧橡皮绳拉力变为零时,右侧橡皮绳拉力不变,重力也不变;由于三力平衡时,三个力中任意两个力的合力与第三个力等值、反向、共线,故右侧橡皮绳拉力与重力的合力与左侧橡皮绳断开前的弹力反向,大小等于mg,故加速度为g,方向沿原断裂绳的方向斜向下,C错误;
D.若拴在腰间左、右两侧的是悬点等高、完全相同的两根轻绳,则小明左侧轻绳在腰间断裂时,小明以右侧轻绳悬点为圆心向下运动,此时的加速度方向沿圆周切线方向,由牛顿第二定律得
则加速度的大小为
D错误。
故选B。
4.A
【解析】
【详解】
加速度
由牛顿第二定律
可知空间站的质量为
故A正确,BCD错误。
故选A。
5.B
【解析】
【详解】
试题分析:打开伞瞬间如果阻力大于重力,加速度向上,运动员做减速运动,根据得加速度逐渐减小,最后减为零,因此运动员先做加速度逐渐减小的减速运动,最后做匀速运动,A正确;打开伞瞬间如果阻力小于重力,加速度向下,运动员做加速运动,由得加速度逐渐减小,因此运动员做加速度逐渐减小的加速运动,最后做匀速运动,D正确;打开伞的瞬间如果阻力等于重力,运动员做匀速直线运动,C正确;加速度大小先增大最后为零是不可能的,B错误;
考点:考查了牛顿第二定律
【名师点睛】本题的关键是清楚打开瞬间运动员受到的阻力与重力大小的关系,然后根据牛顿第二定律列式求解,注意方向中的正负号
6.AC
【解析】
【详解】
A.根据牛顿第二定律,小球的加速度
由
可得
选项A正确;
B.小球在B点的速度大小为
选项B错误:
C.在B点有
解得
选项C正确:
D.小球在C点做平抛运动,由动能定理
解出
选项D错误。
故选AC。
7.CD
【解析】
【详解】
A.鱼缸相对桌布向左运动,所以桌布对鱼缸摩擦力的方向向右,故A错误;
B.根据牛顿第二定律可知鱼缸在桌布上匀加速滑动时的加速度大小与在桌面上匀减速滑动时的加速度大小相等,根据对称性可知鱼缸在桌布上的滑动时间等于在桌面上的滑动时间,故B错误;
C.猫增大拉力,鱼缸对桌布的压力大小不变,所以受到的摩擦力不变,故C正确;
D.若猫减小拉力,则桌布的加速度减小,在桌面上运动时间增长,所以鱼缸在桌布上匀加速运动的时间也增长,匀加速运动的位移增大,且达到的最大速度也增大,则在桌面上匀减速滑动至速度为零所需通过的位移增大,因此有可能滑出桌面,故D正确。
故选CD。
8. 9 84
【解析】
【详解】
根据牛顿第二定律得,物体的加速度,
则内物体的位移为:
末速度为:
则3s末拉力F的功率为:.
点睛:本题需要注意在求功率的时候,注意是求平均功率还是瞬时功率,这点需要注意.
9.(1)0.3m/s2;(2)2.4m;(3)0.6s
【解析】
【详解】
(1)对物块受力分析如图,根据牛顿第二定律,有
联立解得物块的加速度
a1=0.3m/s2
(2)小物块运动4.0s的位移
(3)小物块运动4s的速度
撤去拉力F之后,由牛顿第二定律,有
而
解得小物块的加速度
方向与速度方向相反,故小物块减速到零的时间
10.(1)(2)2.45s
【解析】
【详解】
(1)对人进行受力分析如图所示
设斜面倾角为θ,由牛顿第二定律:
得
(2)由解得
11.(1)150m(2)20m(3)
【解析】
【详解】
(1),AB长为,,
对AB段匀减速直线运动有:,
代入数据解得:;
(2)汽车在BC段做圆周运动,静摩擦力提供向心力,
为了确保安全,则须满足
联立解得:,即:;
(3)段时间为,根据速度时间关系可得加速度为:,
根据牛顿第二定律可得:,方向与相对地面运动的方向相反.
【点睛】
对于牛顿第二定律的综合应用问题,关键是弄清楚物体的运动过程和受力情况,利用牛顿第二定律或运动学的计算公式求解加速度,再根据题目要求进行解答,知道加速度是联系力学和运动学的桥梁.
12.(1)0.2;(2)6m/s;(3)0.79s
【解析】
【详解】
(1)依题意,可知运动员在OA段做匀减速直线运动,2s内发生的位移大小为
所以运动员未滑上AB轨道,根据牛顿第二定律可得运动员在OA段的加速度
又因为加速度
可求得滑板与滑行轨道间的动摩擦因数
(2)运动员继续向左滑到A点时有
代入数据求得A点时速度的大小
(3)运动员沿AB段向上运动的加速度大小为
则运动员沿AB段向上运动的时间为
13.(1)5s;(2)2500m;(3)23.1s
【解析】
【详解】
(1)由自由落体规律可得
得
(2)火箭匀速下落的速度为,则,匀速下落的高度,由以上二式可得
(3)最后阶段火箭匀减速下落的高度为,则
运动的平均速度为
最后匀减速下落的时间
由以上几式可得
答案第1页,共2页
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