2023-2024学年高一物理人教版必修一4.3. 牛顿第二定律同步练习（含解析）

3. 牛顿第二定律
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1. 某人用绳子将一桶水从井内向上提的过程中，若不计绳子的重力，以下说法正确的是( )
A. 只有在桶匀速上升的过程中，绳子对桶的拉力才等于桶对绳子的拉力
B. 不管桶是匀速上升还是加速上升，绳子对桶的拉力都等于桶对绳子的拉力
C. 不管桶是匀速上升还是加速上升，绳子对桶的拉力都大于桶的重力
D. 只要桶能上升，人对绳子的拉力就大于桶对绳子的拉力
2. 如图所示是利用太空“质量测量仪”测质量的实验情境．一名航天员将自己固定在支架一端，另一名航天员将支架拉到指定位置，松手后支架对航天员产生恒定的作用力，使航天员回到初始位置，测速装置测量出航天员复位瞬间的速度和复位过程所用时间，从而计算出航天员的质量下列关于质量的表达式正确的是 ( )
A. B. C. D.
3. 如图所示，物体在五个共点力的作用下沿方向做匀速直线运动，时刻撤去力，而保持其余四个力不变，则物体的图像可能正确的是 ( )
A. B. C. D.
4. 一质量为的球固定在杆的上端，杆的下端固定在升降机上，现用一段绳子水平拉球，使杆发生弯曲，如图所示，已知绳的拉力为，取，则以下说法正确的是 ( )
A. 若升降机是处于静止状态，则杆对球的作用力大小为
B. 若升降机是处于静止状态，则杆对球的作用力大小为
C. 若升降机处于加速上升状态，加速度大小为，则杆对球的作用力大小为
D. 若升降机处于减速上升状态，加速度大小为，则杆对球的作用力大小为
5. 如图所示，质量为的物体静止在竖直的轻弹簧上面．质量为的物体用细线悬挂起来，、紧挨在一起但、之间无压力．某时刻将细线剪断，则细线剪断瞬间，对的压力大小为取 ( )
A. B. C. D.
6. 物体运动的速度方向、加速度方向和所受合外力方向的关系是( )
A. 速度方向、加速度方向和合外力方向总是相同的
B. 加速度跟合外力总是同方向，速度方向与它们的方向可能相同，也可能不同
C. 速度跟加速度总是同方向，但合外力方向与它们可能相同，也可能不同
D. 物体的速度是由合外力产生的，所以速度方向总跟合外力方向相同
7. 彩虹圈有很多性质和弹簧相似，在弹性限度内彩虹圈间的弹力随着形变量的增加而增大，但彩虹圈的重力不能忽略．用手拿起彩虹圈的上端，让彩虹圈的下端自由下垂且离地面一定高度，然后由静止释放．设下落过程中彩虹圈始终没有超出弹性限度．则( )
A. 刚释放瞬间彩虹圈上端的加速度大于当地的重力加速度
B. 刚释放瞬间彩虹圈下端的加速度等于当地的重力加速度
C. 刚开始下落的一小段时间内彩虹圈的长度变长
D. 彩虹圈的下端接触地面前彩虹圈的长度不变
8. 乘坐“空中缆车”饱览大自然的美景是旅游者绝妙的选择．若某一缆车沿着坡度为的山坡以加速度加速上行，如图所示．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的小物块，小物块相对斜面静止设缆车始终保持竖直状态则 ( )
A. 小物块受到的支持力方向竖直向上 B. 小物块受到的摩擦力方向平行斜面向下
C. 小物块受到的静摩擦力为 D. 小物块受到的滑动摩擦力为
9. 如图所示，物块、间用刚性轻质杆连接，物块、间用轻质弹簧相连，物块、质量为，物块、质量为，两个系统均置于水平放置的光滑木板上，并处于静止状态．现将两木板沿水平方向突然抽出，设抽出后的瞬间，物块、、、的加速度大小分别为、、、重力加速度大小为，则有 ( )
A.
B.
C. ，，
D. ，，，
10. 在卫生大扫除中，某同学用拖把拖地，沿推杆方向对拖把施加推力，如图所示，此时推力与水平方向的夹角为，且拖把刚好做匀速直线运动．从某时刻开始保持力的大小不变，减小与水平方向的夹角，则 ( )
A. 拖把将做减速运动
B. 拖把继续做匀速运动
C. 减小的同时若减小，拖把不一定做加速运动
D. 地面对拖把的支持力变小，摩擦力变大
二、多选题
11. 下列对牛顿第二定律的表达式及其变形公式的理解，正确的是 ( )
A. 由可知，物体的加速度与其所受合力成正比，与其质量成反比
B. 由可知，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，与物体的加速度成反比
D. 由可知，物体的质量可以通过测量它的加速度和它所受到的合力求出
12. 关于速度、加速度、合力的关系，下列说法正确的是( )
A. 原来静止在光滑水平面上的物体，受到水平推力的瞬间，物体立刻获得加速度
B. 加速度的方向与合力的方向总是一致的，但与速度的方向可能相同，也可能不同
C. 在初速度为零的匀加速直线运动中，速度、加速度与合力的方向总是一致的
D. 合力变小，物体的速度一定变小
13. 以下关于各物体的运动判断正确的是( )
A. 图甲，物体从接触弹簧开始到运动至最右端的过程中，一直做减速运动
B. 图乙，物体在恒力的作用下，从接触弹簧开始到运动至最右端的过程中，先做加速运动，后做减速运动
C. 图丙，小球从接触弹簧开始到运动至最低点的过程中，先做加速运动，后做减速运动
D. 图丁，蹦极的人先做自由落体运动，从橡皮条绷紧开始到运动至最低点的过程中，一直做减速运动
14. 高铁已成为重要的“中国名片”，领跑世界．一辆由节车厢编组的列车，从车头开始编号的第、、和共四节为动力车厢，其余为非动力车厢，每节车厢的质量均为当列车在平直轨道上匀加速启动时，每节动力车厢牵引力大小均为，每节车厢所受阻力为车厢重力的倍，重力加速度为则 ( )
A. 启动时车厢对乘客作用力的方向竖直向上
B. 整列车的加速度大小为
C. 第节车厢对第节车厢的作用力大小为
D. 第节车厢对第节车厢的作用力大小为
15. 如图所示，一个质量为的圆环套在一根固定的水平长直杆上，环与杆间的动摩擦因数为现给环一个向右的初速度，同时对环加一个竖直向上的作用力，并使的大小随的大小变化，两者的关系为，其中为常数，则水平方向上环在运动过程中的速度时间图像可能是 ( )
A. B. C. D.
16. 如图所示，、两物块叠在一起静止在水平地面上，物块的质量，物块的质量，与接触面间的动摩擦因数，与地面间的动摩擦因数，现对或对施加一水平外力，使、相对静止一起沿水平地面运动，重力加速度取，物块受到的最大静摩擦力等于滑动摩擦力．下列说法正确的是 ( )
A. 若外力作用到时，则其最小值为
B. 若外力作用到时，则其最大值为
C. 若外力作用到时，则其最小值为
D. 若外力作用到时，则其最大值为
三、计算题
17. 如图所示，一辆卡车后面用轻绳拖着质量为的物体，与地面的摩擦不计．
当卡车以的加速度运动时，绳的拉力为，则对地面的压力为多大？
当卡车的加速度时，绳的拉力为多大？
18. 如图甲所示，质量为的物体置于倾角为的足够长的固定斜面上，对物体施以平行于斜面向上的恒定拉力，时撤去拉力，取沿斜面向上为正方向，物体速度与时间关系的部分图像如图乙所示．求：
拉力的大小；
物体沿斜面向上滑行的最大距离．
19. 如图所示，有一箱装得很满的土豆假设土豆都是球形，以一定的初速度在动摩擦因数为的水平地面上向右做匀减速运动，不计其他外力及空气阻力，则其中一个质量为的土豆受其他土豆对它的总作用力的大小和方向怎样？
20. 如图所示，停放在水平冰面上的冰车由质量为、倾角为的斜面体改装而成，在斜面体上轻放一质量为的物块，不计物块与斜面、冰车与冰面之间的摩擦．
释放物块后，在物块沿斜面向下运动的同时，冰车也在水平冰面上运动．请画出冰车受力的示意图，并根据示意图说明冰车由静止变为运动的原因作图时冰车可视为质点．
若冰面上的人在车后方用水平方向的力推车，请分析下列两种可能情况：
当力的大小为时，物块在斜面上滑动的同时冰车在冰面上保持静止，求和物块加速度的大小；
当力的大小为时，物块和斜面保持相对静止一起加速运动，求和物块加速度的大小．
第问和第问所述的两种情况下，小物块对斜面压力的大小不同，分别记为和，请对和的大小关系做出猜想，并说明做出该种猜想的理由．
答案和解析
1.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查了作用力与反作用力即牛顿第三定律。
一对作用力与反作用力总是大小相等，方向相反，与物体的运动状态无关。
【解答】
绳子对桶的拉力和桶对绳子的拉力是一对作用力与反作用力，不管桶是匀速上升还是加速上升，大小都相等，故A错误，B正确；
C.当桶匀速上升时，绳子对桶的拉力和桶的重力是一对平衡力，若桶加速上升，绳子对桶的拉力大于桶的重力，故C错误；
D.因为不计绳子的重力，人对绳子的拉力总等于桶对绳子的拉力，故D错误。
2.【答案】
【解析】
【分析】航天员回到初始位置的过程做初速度为零的匀加速运动，根据速度时间公式求出加速度，再根据牛顿第二定律求质量。
本题要理解实验原理，掌握牛顿第二定律和运动学公式的基本应用，另外需要知道在太空舱中，物体处于完全失重状态，重力对本实验没有影响。
【解答】测速装置测量出航天员复位瞬间的速度和复位过程所用时间，则复位过程中航天员的加速度，支架对航天员产生恒定的作用力，据牛顿第二定律可得，解得航天员的质量，故A项正确，、、项错误．
3.【答案】
【解析】物体原来处于平衡状态，物体的合力为零，当撤去其中一个力，其余力的合力与大小相等、方向相反，加速度方向与原来的运动方向相反，因此物体将做匀减速直线运动，选项C正确，、、D错误．
4.【答案】
【解析】解：
若升降机是静止的，则球静止，处于平衡状态，由平衡条件可知，杆的作用力大小为，故A、B错误；
若升降机加速上升，对球在竖直方向，由牛顿第二定律得，解得，在水平方向，由平衡条件得，杆对球的作用力大小为，故C正确；
若升降机减速上升，对球在竖直方向，由牛顿第二定律得，解得，在水平方向，由平衡条件得，杆对球的作用力大小为，故D错误．
5.【答案】
【解析】解：
、紧挨在一起，但、之间无压力，处于平衡状态，可得弹簧对的弹力大小为，细线剪断瞬间，弹力没变，、整体由牛顿第二定律可得，设、间的弹力大小为，对，由牛顿第二定律可得，解得，即对的压力大小为，A正确．
6.【答案】
【解析】加速度是由合外力产生的，加速度的方向与合外力的方向总是相同的，而加速度与物体速度方向无直接联系，可能相同，也可能不同，B正确．
速度方向与加速度以及合外力方向不一定相同，A错误．
速度方向跟加速度方向可能相同，可能相反，也可能成任意角，C错误．
速度不是由合外力产生的，物体受力从而产生加速度，使物体的速度发生变化，D错误．
7.【答案】
【解析】解：
开始彩虹圈处于伸长状态，刚释放瞬间彩虹圈上端受到向下的拉力，根据牛顿第二定律可知，上端的加速度大于当地的重力加速度，故A正确；刚释放瞬间彩虹圈下端受到向上的拉力，下端的加速度小于当地的重力加速度，故B错误；刚开始下落的一小段时间内由于弹力的作用，彩虹圈上端下落速度比下端速度快，彩虹圈的长度变短，故C错误；彩虹圈的下端接触地面前彩虹圈内部弹力使得彩虹圈的长度不断变化，故D错误．
8.【答案】
【解析】
【分析】由题知：木块的加速度大小为，方向沿斜面向上。分析木块受力情况，根据牛顿第二定律求解木块所受的摩擦力大小和方向；
根据牛顿第二定律求解木块所受的摩擦力大小和方向。本题首先要正确分析木块的受力情况，其次要能根据牛顿第二定律列式，求摩擦力，难度不大。
【解答】以物块为研究对象，分析受力情况，物块受重力、斜面的支持力和静摩擦力，且具有沿斜面方向向上的加速度，
垂直于斜面方向，根据平衡条件可知支持力垂直于斜面向上，
沿斜面方向，根据牛顿第二定律可知静摩擦力沿斜面向上，故A、B错误；
由于小物块和斜面保持相对静止，小物块受到的摩擦力为静摩擦力，根据牛顿第二定律得，解得，方向平行斜面向上，故C正确，D错误．
9.【答案】
【解析】解：
在抽出木板的瞬间，物块、与刚性轻杆接触处的形变立即消失，受到的合力均等于各自重力，所以由牛顿第二定律知；而物块、间的轻弹簧的形变还来不及改变，此时弹簧对物块向上的弹力大小和对物块向下的弹力大小仍为，因此物块满足，；由牛顿第二定律得物块满足，所以C正确．
10.【答案】
【解析】
【分析】
对于拖把头受重力、支持力、推力和摩擦力，抓住水平方向和竖直方向平衡，根据正交分解，运用平衡条件和滑动摩擦力公式列方程分析各个力的变化。
解决本题的关键能够正确地进行受力分析，抓住合力为零，运用正交分解进行求解。
【解答】
设拖把与地面之间的动摩擦因数为，则拖把受到重力、支持力、推力和摩擦力处于平衡状态，受力示意图如图所示．将推拖把的力沿竖直和水平方向分解，根据平衡条件，竖直方向上有 ，水平方向上有 ，式中和分别为地板对拖把的支持力和摩擦力，则有，若不变，减小与水平方向的夹角时，减小，减小，而 增大，所以 将大于，所以拖把将做加速运动，故A、、D错误；同时减小与水平方向的夹角和， 减小，地面对拖把的支持力变小，摩擦力变小，而 不能确定其增大还是减小，则 是否大于零不能确定，即拖把不一定做加速运动，故C正确．

11.【答案】
【解析】解：
由可知，物体的加速度与其所受合力成正比，与其质量成反比，选项A正确；物体的质量与其所受合力以及运动的加速度无关，选项B错误；物体所受的合力与物体的质量以及物体的加速度无关，选项C错误；由可知，物体的质量可以通过测量它的加速度和它所受到的合力求出，选项D正确．
12.【答案】
【解析】力和加速度存在瞬时对应关系，则原来静止在光滑水平面上的物体，受到水平推力的瞬间，物体立刻获得加速度，选项A正确；加速度的方向与合力的方向总是一致的，加速度的方向与速度的方向可能相同，也可能不同，选项B正确；在初速度为零的匀加速直线运动中，加速度与合力的方向一致，速度与加速度方向一致，选项C正确；合力变小，加速度变小，若加速度和速度同向，则物体的速度仍然变大，选项D错误．
13.【答案】
【解析】解：
若水平面粗糙，物体受到向左的滑动摩擦力和逐渐增大的弹力，由牛顿第二定律可知，物体向右做加速度逐渐增大的减速运动；若水平面光滑，同样可以得出物体向右做加速度增大的减速运动，故A正确．
物体受恒力，若水平面粗糙，其大小与摩擦力的关系未知，若，则有，物体向右做加速度增大的减速运动；若，刚接触时有，当后有，故物体先做加速度向右减小的加速运动，后做加速度向左增大的减速运动，故B错误．
从小球接触弹簧开始，重力先大于弹力，小球做加速度减小的变加速运动，之后重力等于弹力，出现最大速度，接着重力小于弹力，小球做加速度向上增大的变减速运动，故C正确．
蹦极的人在橡皮条绷紧前只受重力，做自由落体运动，此后重力先大于增大的弹力，人做加速度减小的变加速运动，之后重力等于弹力，出现最大速度，最终重力小于弹力，人做加速度向上增大的变减速运动，故D错误．
故选AC
14.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查了牛顿第二定律，整体法和隔离法解决动力学问题。
列车启动时对乘客分析受力，根据运动情况可得受力情况；对整体分析受力可得加速度；对第、节车厢的整体，根据牛顿第二定律可得第节车厢对第节车厢的作用力大小；对第节车厢，根据牛顿第二定律列式可得作用力大小。
【解答】
A.启动时车厢对乘客在竖直方向有竖直向上的支持力，在水平方向有沿动车运动方向的摩擦力，两个力的合力方向斜向上方，故A错误；
B.对列车整体，根据牛顿第二定律有，解得，故B正确；
C.对第、节车厢的整体，根据牛顿第二定律有，解得，故C正确；
D.对第节车厢，根据牛顿第二定律有，解得，故D错误．
15.【答案】
【解析】若一开始有，圆环在竖直方向不受直杆的作用力，在水平方向不受摩擦力，则圆环做匀速直线运动，故A正确；若一开始有，圆环在水平方向受到摩擦力做减速运动，圆环所受的杆的摩擦力为，随着速度的减小，也减小，则摩擦力增大，由牛顿第二定律知加速度增大，即圆环在水平方向上做加速度增大的减速运动，故B正确，C错误；若一开始有，圆环在水平方向受到摩擦力而做减速运动，随着速度的减小，也减小，，则摩擦力减小，加速度减小，圆环在水平方向上做加速度减小的减速运动，当后，在水平方向不受摩擦力，圆环做匀速直线运动，故D正确．
16.【答案】
【解析】解：与之间的最大静摩擦力为，与地面之间的最大静摩擦力为，所以无论外力作用到上或上，当取最小值时，满足题述情况，故A、C错误；当外力作用到上，对的摩擦力达到最大静摩擦力时，二者相对静止，的值最大，对根据牛顿第二定律，有，代入数据解得，对整体有，代入数据解得，故B正确；当外力作用到上，对的摩擦力达到最大静摩擦力时，二者相对静止，的值最大，对根据牛顿第二定律有，代入数据解得，对、整体根据牛顿第二定律有，代入数据解得，故D正确．
17.【答案】解：卡车和的加速度一致，由题图知绳的拉力的分力使产生了加速度，故有，解得，，设地面对的支持力为，则有由牛顿第三定律得，对地面的压力为．
设地面对弹力为零时，物体的临界加速度为，则，故当时，物体已飘起．此时物体所受合力为，则由三角形定则可知，拉力．

【解析】见答案
18.【答案】解：
设物体在恒定拉力作用时的加速度为，撤去力后物体的加速度为，根据题图乙可知，有恒定拉力作用时，对物体进行受力分析，由牛顿第二定律得 ，撤去后对物体进行受力分析，由牛顿第二定律得 ，解得．
设撤去后物体运动到最高点所用时间为，此时物体速度为零，可得
，向上滑行的最大距离．

【解析】见答案
19.【答案】本题中土豆受周围土豆的力的作用无法一一表示，故无法逐一去分析．因此先对整体分析，设整箱土豆的质量为，则，方向水平向左，再隔离土豆，受力如图所示，其他土豆对的总作用力要产生两方面的作用效果，即竖直方向与的重力平衡，水平方向产生与整体相同的加速度 由平行四边形定则和数学知识得的方向与水平方向的夹角满足，大小为。

【解析】见答案
20.【答案】冰车的受力示意图如图甲所示，将物块对斜面的压力沿水平方向和竖直方向正交分解，可知竖直方向合力为零，水平方向合力不为零，因此冰车在水平方向合力作用下由静止变为运动，且在物块滑离斜面前沿水平冰面做加速运动．
冰面上的人在车后方推车时车的受力情况如图乙所示，物块的受力情况如图丙所示．
由于冰车保持静止，对冰车有 ， 对物块有， ， 根据牛顿第三定律得， 解得 ，
当物块和冰车保持相对静止一起加速运动时，它们的加速度必然沿水平方向，物块的受力示意图如图丁所示． 对物块应用牛顿第二定律，有 ， 对物块和冰车的整体应用牛顿第二定律，有， 解得 ， ．
正确的猜想：；理由：第问所述情况中物块沿斜面下滑的同时，冰车沿水平冰面后退，在一小段时间内物块发生的位移以冰面为参考系如图戊所示，物块加速度的方向与位移的方向一致．将加速度沿垂直斜面和沿斜面两方向正交分解，可知，有垂直斜面向下的分量，结合图丙中的受力分析，可知 ；而第问所述情况中 ，因此，．

【解析】见答案
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