2025人教版高中物理必修第一册同步练习题（有解析）--第四章 运动和力的关系复习提升

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2025人教版高中物理必修第一册
本章复习提升
易混易错练
易错点1　对超重、失重的认识出错
1.静止的电梯中有一盛水容器,水中浮着一木块,如图所示。当电梯向上做匀加速运动时,木块浸入水中的深度怎样变化 (　　)
A.变浅　　　　B.变深
C.不变　　　　D.无法判断
易错点2　忽略二级结论的成立条件出错
2.(2024河北唐山期中)如图所示,Pa、Pb、Pc是竖直面内三根固定的光滑细杆,P、a、b、c位于同一圆周上,点d为圆周的最高点,c点为最低点。每根杆上都套着一个小滑环(图中未画出),三个滑环分别从P处释放(初速度为0),用t1、t2、t3分别表示各滑环到达a、b、c所用的时间,则 (　　)
A.t1t2>t3
C.t3>t1>t2　　　　D.t1=t2=t3
易错点3　对弹力突变问题分析出错
3.(多选)如图所示,竖直光滑杆上套有一个小球和两根轻弹簧,两弹簧的一端各与小球相连,另一端分别用销钉M、N固定于杆上,小球处于静止状态。设拔去销钉M的瞬间,小球加速度的大小为12 m/s2。若不拔去销钉M而拔去销钉N,则拔去销钉N的瞬间,小球
的加速度可能是(取重力加速度g=10 m/s2)(　　)
A.22 m/s2,竖直向上
B.22 m/s2,竖直向下
C.2 m/s2,竖直向上
D.2 m/s2,竖直向下
易错点4　运动过程分析不清楚出错
4.(2023江苏南京模拟)如图所示,将小砝码置于桌面上的薄纸板上,用水平向右的拉力将纸板迅速抽出,砝码的位移很小,几乎观察不到,这就是大家熟悉的惯性演示实验。若砝码和纸板的质量分别为m1=0.5 kg和m2=0.1 kg,各接触面间的动摩擦因数均为μ=0.2,重力加速度为g=10 m/s2。
(1)当纸板相对砝码运动时,求纸板所受摩擦力的大小;
(2)要使纸板相对砝码运动,求所需拉力F的大小的取值范围;
(3)本实验中砝码与纸板左端的距离d=0.1 m,若砝码移动的距离超过l=0.002 m,人眼就能感知,为确保实验成功,纸板所需的拉力至少多大
思想方法练
一、假设法
方法概述　假设法是解物理问题的一种重要方法。用假设法解题,一般依题意从某一假设入手,然后运用物理规律得出结果,再进行适当讨论,从而找出正确答案,这样解题不仅科学严谨、合乎逻辑,而且可以拓宽思路。
1.(多选)如图所示,小车的质量为M,人的质量为m,人用恒力F拉绳,若人与小车保持相对静止,且地面光滑,不计滑轮与绳的质量,则小车对人的摩擦力可能是 (　　)
A.F,方向向左　　　　B.F,方向向右
C.F,方向向左　　　　D.F,方向向右
二、整体法与隔离法
方法概述　在运用牛顿运动定律处理连接体问题时,将连接体作为整体,不必分析物体之间的相互作用,只分析外界对整体的作用力,这就是“整体法”;题中若求解物体之间的相互作用力,这时必须将物体隔离出来,化内力为外力求解,这就是“隔离法”。
2.(2024山东济宁期中)如图所示,光滑水平地面上放置质量分别为m、2m和3m的三个木块,其中质量为2m和3m的木块间用一不可伸长的轻绳相连,轻绳能承受的最大拉力为FT。现用水平拉力F拉质量为3m的木块,使三个木块以同一加速度运动,则以下说法正确的是 (　　)
A.质量为2m的木块受到四个力的作用
B.当F逐渐增大到FT时,轻绳刚好被拉断
C.当F逐渐增大到1.5FT时,轻绳还不会被拉断
D.当轻绳刚要被拉断时,质量为m和2m的木块间的摩擦力为FT
三、图像法
方法概述　图像可以直观地反映某一物理量随另一物理量变化的函数关系,形象地描述物理规律、物理过程。应用图像不仅可以直接求出或读出某些待求物理量,还可以探究某些物理规律,分析、解决某些复杂的物理过程。
3.(多选)(2024黑龙江大庆铁人中学期中)将质量为2m的长木板静止放在光滑水平面上,如图甲所示,一质量为m的小铅块(可视为质点)以水平初速度v0由木板左端恰能滑至木板的右端与木板相对静止,铅块在运动过程中所受的摩擦力始终不变。现将木板分成长度与质量均相等的两段(①和②)后紧挨着仍放在此水平面上,让铅块仍以相同的初速度v0由木板①的左端开始滑动,如图乙所示,则下列判断正确的是 (　　)
A.小铅块仍能滑到木板②的右端与木板保持相对静止
B.小铅块滑过木板②的右端后飞离木板
C.小铅块在到达木板②的右端前就与木板保持相对静止
D.小铅块在木板上的滑动时间变短
答案与分层梯度式解析
易混易错练
1.C　当电梯静止时,木块受到浮力、重力作用。设木块的质量为m,它排开水的体积为V排,由平衡条件得F浮=ρ水gV排=mg,所以ρ水V排=m。当电梯匀加速上升时,木块仍受到浮力、重力作用,设此时木块排开水的体积为V排',由牛顿第二定律得F浮'-mg=ma,又F浮'=ρ水(g+a)V排',所以ρ水V排'=m。综上,可知V排'=V排,即电梯加速上升时木块浸入水中的深度不变,选C。
错解分析　一些同学出现这样的错解:当电梯向上做匀加速运动时,木块处于超重状态,木块对水的压力变大,浸入水中的深度变深,错选B。解题时应根据平衡条件和牛顿第二定律,分别列出木块排开液体的体积表达式,再进行比较,就能得出木块浸入水中的深度变化。
2.B　以P点为最高点,取合适的竖直直径Pe作圆,如图中虚线所示,Pb为圆的一条弦,滑环从P由静止释放到达虚线圆上g的时间设为t,杆与竖直方向的夹角为α,虚线圆的直径为d。根据位移-时间公式可得d cos α=(g cos α)t2,解得t=,则知虚线圆为等时圆,即从P到f、b、g是等时的,比较图中长度可得Pa>Pf,Pct2>t3,故B正确。
错解分析　本题如果不加思考,套用结论,就会落入“等时圆”的陷阱,认为t1=t2=t3,错选D。由于P点不是圆的最高点,所以套用结论是行不通的。我们可以重新构造一个圆,使P点成为最高点,这样便可构造“等时圆”解决问题。巧妙运用物理模型,可以起到化繁为简的目的,这种分析问题的方法,可以培养迁移创新、举一反三的能力。
3.BC　拔去M瞬间,小球的加速度方向可能向上,也可能向下,因此本题有两种可能的情况。
(1)拔去M瞬间,小球的加速度向上。小球只受重力和下面弹簧的弹力F1,则弹力一定向上,即下面弹簧处于压缩状态,有F1-mg=ma,即F1=m(g+a);平衡时,设上面弹簧的弹力为F1',则有F1'=F1-mg=ma,方向向下,由此可知,上面弹簧处于压缩状态。若不拔去销钉M而拔去销钉N,则拔去销钉N瞬间,小球受重力和上面弹簧向下的弹力F1',根据牛顿第二定律有F1'+mg=ma1',a1'==g+a=22 m/s2,方向竖直向下。
(2)拔去M瞬间,小球的加速度向下。小球只受重力和下面弹簧的弹力F2,因a>g,所以F2一定向下,即下面弹簧处于伸长状态,有F2+mg=ma,即F2=m(a-g);平衡时,设上面弹簧的弹力为F2',则有F2'=mg+F2=ma,方向向上,由此可知,上面弹簧处于伸长状态。若不拔去M而拔去N,则拔去N瞬间,小球受重力和上面弹簧向上的弹力F2',根据牛顿第二定律有F2'-mg=ma2',a2'==a-g=2 m/s2,方向竖直向上。故选B、C。
错解分析　部分同学没有认识到拔去M瞬间,小球的加速度方向可能向上,也可能向下,造成漏解。注意小球加速度的大小为12 m/s2,方向可能向上也可能向下。拔去销钉M瞬间,上面弹簧的一端解除了约束,对小球的作用力为0,小球只受到重力和下面弹簧的作用力,根据牛顿第二定律和平衡条件算出上面弹簧对小球的作用力,若拔去销钉N则下面弹簧对小球的作用力为0,再根据牛顿第二定律求解即可。
4.答案　(1)2.2 N　(2)F>2.4 N　(3)22.4 N
解析　(1)砝码对纸板的摩擦力f1=μm1g
桌面对纸板的摩擦力f2=μ(m1+m2)g
解得纸板所受摩擦力的大小f=f1+f2=2.2 N
(2)设砝码的加速度为a1,纸板的加速度为a2,根据牛顿第二定律可得f1=m1a1
F-f1-f2=m2a2
发生相对运动时有a2>a1
解得F>2μ(m1+m2)g=2.4 N
(3)纸板抽出前,砝码运动的距离x1=
纸板运动的距离d+x1=
纸板抽出后,砝码在桌面上运动的距离x2=
由题意知a1=a3
a1t1=a3t2
l=x1+x2
代入数据得F=22.4 N
错解分析　解答本题中第(3)问时,要明确实验成功的含义,即砝码移动的距离不超过l。砝码的运动分为两个过程,第一个过程是没有滑离纸板时,在纸板施加的滑动摩擦力驱动下做加速运动;第二个过程是滑离纸板后,在桌面施加的滑动摩擦力阻碍下做减速运动,这两个过程的位移之和不能超过l。部分同学易忽略砝码滑离纸板后的减速运动而出错。
思想方法练
1.CD　把人和车看成整体,二者有向左的加速度,由2F=(m+M)a,解得a=。单独对人受力分析,受重力、小车对人的支持力、绳子对人向左的拉力F和车对人的静摩擦力f(假设向右),根据牛顿第二定律,有F-f=ma,解得f=F。若M>m,则f>0,假设成立,即静摩擦力向右,故B错误,D正确;若M=m,则f=0;若M方法点津　在未知某力是否存在或不确定其方向时,可先对其作出假设,然后根据物理规律求出假设情况下的解,最后结合题目条件分析假设是否成立。本题中,由于不确定小车对人的摩擦力的方向,可以先假定一个方向,求出表达式后进行讨论。
2.C　质量为2m的木块受重力、地面的支持力、轻绳的拉力、质量为m的木块的压力和摩擦力共五个力作用,选项A错误;当轻绳的拉力达到最大拉力FT时,对质量为m和2m的木块整体,有FT=3ma,对三个木块整体,有F=(m+2m+3m)a,得到F=2FT,选项B错误,C正确;对质量为m的木块,由Ff=ma得到Ff=FT,选项D错误。
方法点津　若连接体内各物体具有相同的加速度,且要求物体之间的作用力时,可以先用整体法求出加速度,然后再用隔离法选取合适的研究对象,应用牛顿第二定律求作用力。即“先整体求加速度,后隔离求内力”。若已知物体之间的作用力,求连接体所受外力,则“先隔离求加速度,后整体求外力”。本题中,当轻绳的拉力达到最大时,可先把质量为m和2m的木块看成整体,再把三个木块看成整体,分别根据牛顿第二定律列方程,最后再把质量为m的木块从系统中隔离出来,应用牛顿第二定律列方程求解其所受摩擦力。
3.CD　如图所示,用速度图像反映小铅块和木板的运动情况,△OAB的面积为二者相对位移l(木板长度),两速度图线最后交于B点(二者共速)。若将木板分为两段,t1时刻铅块和木板相对位移为,之后木板②的加速度变为原来的2倍(即t1~t2段图线斜率变大),最终在t2时刻达到共同速度v共,由图易知,此时相对位移(即四边形ODCA的面积)小于l(△OAB的面积),故C正确。由图易知,小铅块与木板达到共速所用的时间变短,即小铅块在木板上的滑动时间变短,D正确。
方法点津　物理图像具有直观描述物理过程及反映各物理量间相互关系的重要作用。本题中,将小铅块和木板的速度-时间图像在同一坐标系上画出,抓住图线与时间轴所围面积表示位移的特点,巧妙运用图像解决问题,避免了复杂的数学运算。
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