高中物理人教版必修一假期作业：第四章 水平测试卷 Word版含解析

第四章水平测试卷
　　　　　　　　　　　　　　　
本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，满分100分，考试时间90分钟。
第Ⅰ卷　(选择题，共48分)
一、选择题(本题共12小题，每小题4分，共48分。在每个小题给出的四个选项中，第1～8小题，只有一个选项符合题意；第9～12小题，有多个选项符合题意，全部选对的得4分，选对而不全的得2分，错选或不选的得0分)
1．下列说法不正确的是(　　)
A．伽利略认为物体的自然状态是静止的，力是维持物体运动的原因
B．亚里士多德认为力是维持物体运动的原因
C．牛顿认为力的真正的效应总是改变物体的速度，即产生加速度
D．伽利略根据理想实验推论出，如果没有摩擦，在水平面上的物体，一旦具有某一个速度，将保持这个速度继续运动下去
答案　A
解析　亚里士多德认为力是维持物体运动的原因，伽利略认为力不是维持物体运动的原因，A错误，B正确；牛顿认为力的真正效应总是改变物体的速度，即产生加速度，C正确；伽利略根据理想实验推论出，如果没有摩擦，在水平面上的物体，一旦具有某一个速度，将保持这个速度继续运动下去，D正确。
2．如图所示，手拿起玻璃瓶，使瓶在空中处于静止状态，关于瓶的受力，下列说法中正确的是(　　)
A．滑动摩擦力，方向竖直向上
B．静摩擦力，方向竖直向下
C．摩擦力和重力是一对平衡力
D．摩擦力和重力是作用力和反作用力
答案　C
解析　手拿起玻璃瓶，使瓶在空中处于静止状态，则瓶子竖直方向受向下的重力和向上的静摩擦力作用，这两个力是平衡力，故C正确。
3．几位同学为了探究电梯启动和制动时的运动状态变化情况，他们将体重计放在电梯中，一位同学站在体重计上，然后乘坐电梯从1层直接到10层，之后又从10层直接回到1层。用照相机进行了相关记录，如图所示。图1为电梯静止时体重计的照片，图2、图3、图4和图5分别为电梯运动过程中体重计的照片。根据照片推断正确的是(　　)
A．根据图2推断电梯一定处于加速上升过程，电梯内同学可能处于超重状态
B．根据图3推断电梯一定处于减速下降过程，电梯内同学可能处于失重状态
C．根据图4推断电梯可能处于减速上升过程，电梯内同学一定处于失重状态
D．根据图5推断电梯可能处于加速下降过程，电梯内同学一定处于超重状态
答案　C
解析　由题图可知，图2、图5示数大于重力为超重状态，电梯可能处于加速上升过程或减速下降过程，图3、图4示数小于重力，该同学处于失重状态，电梯可能处于向下加速过程，也可能处于向上减速过程，C正确。
4.
如图所示，一箱苹果沿着倾角为θ的斜面，以速度v匀速下滑。在箱子的中央有一个质量为m的苹果，它受到周围苹果对它作用力的方向(　　)
A．沿斜面向上 B．沿斜面向下
C．竖直向上 D．垂直斜面向上
答案　C
解析　苹果随箱子一起沿斜面匀速下滑，故其所受合力一定为零，由于苹果所受重力方向竖直向下，故箱子中央质量为m的苹果受到周围苹果对它作用力的方向一定竖直向上，C正确，A、B、D错误。
5．如图所示，质量分别为M和m的物块由相同的材料制成，且M>m，将它们用通过轻而光滑的定滑轮的细线连接。如果按图甲装置在水平桌面上，两物块刚好做匀速运动。如果互换两物块按图乙装置在同一水平桌面上，它们的共同加速度大小为(　　)
A.g B.g
C.g D．上述均不对
答案　C
解析　对题图甲由牛顿第二定律可得mg－μMg＝0，则μ＝。对题图乙由牛顿第二定律可得Mg－μmg＝(M＋m)a，解得a＝g，C正确。
6．如图所示，斜面固定，倾角为θ＝30°，物块m和M用轻质绳通过斜面上的定滑轮相连接(滑轮光滑)，一力F施加在绳上一点O使O点所受三力相互成120°角，已知M质量为10 kg，m与斜面间恰无摩擦力，则m的质量和F的值各为(g取10 m/s2)(　　)
A．10 kg　100 N B．20 kg　100 N
C．5 kg　50 N D．20 kg　50 N
答案　B
解析　“O”点受力互成120°角且静止，且m与斜面恰无摩擦力，则F＝Mg＝mgsinθ，即F＝Mg＝100 N，m＝＝2M＝20 kg。
7．如图所示，物体甲、乙质量均为m，弹簧和悬线的质量可忽略。当悬线被烧断的瞬间，甲、乙的加速度分别为(　　)
A．a甲＝g，方向竖直向下
B．a甲＝0
C．a乙＝0
D．a乙＝g，方向竖直向下
答案　D
解析　弹簧弹力为2mg，当线断时，弹力大小不变，对甲物体：2mg－mg＝ma甲，a甲＝g，方向竖直向上，A错误；对乙物体，它将做自由落体运动，a乙＝g，方向竖直向下，D错误。
8.
一质量为m的物块在倾角为θ的足够长斜面上匀减速下滑，现对物块施加一个竖直向下的恒力F，如图所示。则物块减速为零的时间将(　　)
A．变长 B．变短
C．不变 D．不能确定
答案　B
解析　对物块施加一个竖直向下的恒力F，根据牛顿第二定律有，μ(mg＋F)cosθ－(mg＋F)sinθ＝ma，未施加F时，μmgcosθ－mgsinθ＝ma0，解得a0＝μgcosθ－gsinθ，a＝μgcosθ－gsinθ＋>a0，物块的加速度增大，初速度不变，则物块减速为零的时间将变短，B正确。
9.
如图所示，放置在水平地面上的质量为M的直角劈上有一个质量为m的物体，若物体在直角劈上匀速下滑，直角劈仍保持静止，那么下列说法正确的是(　　)
A．直角劈对地面的压力等于(M＋m)g
B．直角劈对地面的压力大于(M＋m)g
C．地面对直角劈没有摩擦力
D．地面对直角劈有向左的摩擦力
答案　AC
解析　解法一：隔离法。对物体进行受力分析，建立坐标系如图甲所示，因物体沿斜面匀速下滑，由平衡条件得：支持力FN＝mgcosθ，摩擦力Ff＝mgsinθ。对直角劈进行受力分析，建立坐标系如图乙所示，由牛顿第三定律得FN′＝FN，Ff′＝Ff。在水平方向上，压力FN′的水平分量FN′sinθ＝mgcosθ·sinθ，摩擦力Ff′的水平分量Ff′cosθ＝mgsinθ·cosθ，可见Ff′cosθ＝FN′sinθ，所以直角劈相对地面没有运动趋势，所以地面对直角劈没有摩擦力。在竖直方向上，直角劈受力平衡，由平衡条件得：FN地＝Ff′sinθ＋FN′cosθ＋Mg＝mg＋Mg。
解法二：整体法。整体在竖直方向上受到重力和支持力，因物体在斜面上匀速下滑、直角劈静止不动，即整体处于平衡状态，所以竖直方向上地面对直角劈的支持力等于物体和直角劈整体的重力。水平方向上地面若对直角劈有摩擦力，无论摩擦力的方向向左还是向右，水平方向上整体都不能处于平衡状态，所以整体在水平方向上不受摩擦力，整体受力如图丙所示。
10.
如图所示，清洗楼房光滑玻璃的工人常用一根绳索将自己悬在空中，工人及其装备的总重量为G，且视为质点。悬绳与竖直墙壁的夹角为α，悬绳对工人的拉力大小为F1，墙壁对工人的弹力大小为F2，则(　　)
A．F1＝
B．F2＝Gtanα
C．若工人缓慢下移，增加悬绳的长度，但F1与F2的合力不变
D．若工人缓慢下移，增加悬绳的长度，则F1减小，F2增大
答案　BC
解析　作出人的受力图如图所示，可得F1＝，F2＝Gtanα，当增加悬绳长度，α减小，F1与F2均减小，F1与F2的合力始终等于重力，综上所述B、C正确。
11.
如图所示，在光滑水平面上有一静止小车M，小车上静止地放置着木块m，和小车间的动摩擦因数为μ＝0.3，用水平恒力F拉动小车，下列关于木块的加速度a1和小车的加速度a2，可能正确的有(　　)
A．a1＝2 m/s2，a2＝2 m/s2
B．a1＝2 m/s2，a2＝3 m/s2
C．a1＝3 m/s2，a2＝4 m/s2
D．a1＝3 m/s2，a2＝2 m/s2
答案　AC
解析　对上面的木块m受力分析，在水平方向只可能有摩擦力，且Ff≤0.3mg，因此木块m的最大加速度为g×0.3＝3 m/s2，若小车与木块一起运动，二者加速度相等，A中的加速度都小于3 m/s2，所以是可能的，A正确；若木块与小车发生相对滑动，则木块的加速度一定是3 m/s2，故B错误；发生相对滑动时，由于拉力作用在小车上，故小车的加速度要大于木块的加速度，所以C正确，D错误。
12．如图甲所示，绷紧的水平传送带始终以恒定速率v1运行。初速度大小为v2的小物块从与传送带等高的光滑水平地面上的A处滑上传送带。若从小物块滑上传送带开始计时，小物块在传送带上运动的v－t图象(以地面为参考系)如图乙所示。已知v2＞v1，则(　　)
A．t1时刻，小物块离A处的距离达到最大
B．t2时刻，小物块相对传送带滑动的距离达到最大
C．0～t2时间内，小物块受到的摩擦力方向先向右后向左
D．0～t3时间内，小物块始终受到大小不变的摩擦力作用
答案　AB
解析　该题考查传送带问题，主要是利用隔离法分析，由v－t图象可知，物体先向左减速到零，然后再向右加速到v1，以后与传送带一起做匀速运动，由于v2>v1，所以相对地面来说，向左减速的位移大于向右加速运动的位移。t1时刻，小物块离A点的距离最大，A正确；t2时刻二者相对位移最大，B正确；0～t2时间内，加速度不变，摩擦力不变，C错误；t2～t3时间内物体不受摩擦力的作用，D错误。
第Ⅱ卷　(非选择题，共52分)
二、实验题(本题共2小题，共14分)
13．(7分)某研究性学习小组用如图所示的装置探究牛顿第二定律。该小组在实验中确定的研究对象是小车，而且认为细线对小车的拉力等于砂桶和砂的总重力，也是小车所受的合外力。则对该实验，以下说法中正确的是________。
A．在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块的位置，直到小车在砂桶和砂的拉动下带动纸带做匀速直线运动，以平衡小车运动中受到的摩擦力
B．实验中必须使砂桶和砂的总质量远小于小车的质量
C．细线对小车的真实拉力一定略小于砂桶和砂的总重力
D．该实验是应用“控制变量法”来探究牛顿第二定律的
答案　BCD
解析　做该实验需要平衡摩擦力，所以在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块的位置，让小车做匀速直线运动，砂桶和砂不能挂在小车上，故A错误；当小车的质量远大于砂桶和砂的总质量时，才能近似认为细线对小车的拉力大小等于砂桶和砂的总重力大小，故B正确；实际上砂桶和砂也做匀加速运动，mg－FT＝ma，所以细线对小车的真实拉力一定略小于砂桶和砂的总重力，故C正确；该实验有两个变量，要保持质量不变，研究力与加速度的关系，保持力不变，研究质量与加速度的关系，是应用“控制变量法”来探究牛顿第二定律的，故D正确。
14．(7分)某同学用如图所示的装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验，当小车的质量一定时，测得小车的加速度a与拉力F的数据如表：
F/N
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
a/(m·s－2)
0.10
0.23
0.27
0.40
0.49
(1)根据表中数据，在如图所示坐标系中作出图象。
(2)图线存在截距，其原因是________________________________。
(3)考虑(2)中的原因，由图象可得出的结论是________________________________。
答案　(1)图见解析
(2)水平面与小车之间存在摩擦阻力作用
(3)在物体质量一定时，加速度与所受到的合外力成正比
解析　(1)描点作图如图所示，画出一条直线。
(2)由图象可知，当细线的拉力增大到一定数值时才产生加速度，说明有阻力作用。
(3)所有点大致分布在一条直线上，考虑(2)中分析的摩擦力，因此在误差允许的范围内可以认为在物体质量一定时，加速度与所受到的合外力成正比。
三、计算题(本题共4小题，共38分。解答时应写出必要的文字说明，方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位)
15．(8分)
如图所示，在倾角为α的固定光滑斜面上，有一用绳子拴着的长木板，木板上趴着一只老鼠。已知木板的质量是老鼠质量的两倍，当绳子突然断开时，老鼠立即沿着板向上爬，以保持其相对斜面的位置不变。此木板沿斜面下滑的加速度为多少？
答案　gsinα
解析　设老鼠的质量为m，则木板的质量为2m。老鼠处于静止状态，受力如图甲所示。
由平衡条件得
Ff＝mgsinα①
木板受力如图乙所示。
由牛顿第二定律得
Ff′＋2mgsinα＝2ma②
其中Ff＝Ff′③
联立①②③得此木板沿斜面向下滑的加速度a＝gsinα。
16．(8分)
皮带运输机是靠货物和传送带之间的摩擦力把货物送往别处的。如图所示，已知传送带与水平面的倾角为θ＝37°，以4 m/s的速率向上运行，在传送带的底端A处无初速度地放上一质量为0.5 kg的物体，它与传送带间的动摩擦因数为0.8。若传送带底端A到顶端B的长度为25 m，则物体从A到B的时间为多少？(取g＝10 m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)
答案　11.25 s
解析　物体加速过程受力如图所示，由牛顿第二定律得：
沿传送带方向：
Ff－mgsinθ＝ma
垂直传送带方向：
FN－mgcosθ＝0
又有：Ff＝μFN
解得：a＝0.4 m/s2。
物体加速到与传送带共速的时间t1＝＝10 s；
物体加速的位移x1＝t1＝20 m；
此后物体匀速运动至B端的时间t2＝＝1.25 s；
物体从A到B的时间t＝t1＋t2＝11.25 s。
17．(10分)冰壶比赛是在水平冰面上进行的体育项目。比赛场地示意图如图所示，比赛时，运动员从起滑架处推着冰壶出发，在投掷线AB处放手让冰壶以一定的速度滑出，使冰壶的停止位置尽量靠近30 m处的圆心O处，设冰壶与冰面间的动摩擦因数为μ1＝0.008，在某次比赛中，运动员使冰壶C在投掷线中点处以2 m/s 的速度沿虚线滑出。
(1)求冰壶的加速度大小？并通过计算说明冰壶能否到达圆心O；
(2)为使冰壶滑行得更远，运动员可以用毛刷擦冰壶运行前方的冰面，使冰壶与冰面间的动摩擦因数减小，用毛刷擦冰面后动摩擦因数减小至μ2＝0.004。为使冰壶C能够沿虚线恰好到达圆心O点，运动员用毛刷擦冰壶运行前方的冰面的长度应为多少？(从开始用毛刷擦冰面到圆心O的距离，g取10 m/s2)
答案　(1)0.08 m/s2　不能到达圆心O
(2)10 m
解析　(1)冰壶在运动中只受到滑动摩擦力，由牛顿第二定律可得－μ1mg＝ma1
解得a1＝－μ1g，代入数据得a1＝－0.08 m/s2
冰壶做匀减速运动，由0－v＝2a1x
得x＝25 m<30 m，所以不能到达圆心O。
(2)用毛刷擦冰壶运行前方的冰面，冰壶在运动中受到的滑动摩擦力减小，由牛顿第二定律可得
－μ2mg＝ma2
没用毛刷擦冰面，冰壶滑行x1，速度减小为v，则有
v2－v＝2a1x1
用毛刷擦冰面，冰壶滑行x2，速度减小为零，则有
0－v2＝2a2x2
x1＋x2＝30
代入数据得x2＝10 m。
18．(12分)如图所示，一小轿车从高为10 m、倾角为37°的斜坡顶端从静止开始向下行驶，当小轿车到达底端时进入一水平面，在距斜坡底端115 m的地方有一池塘，发动机在斜坡上产生的牵引力为2×103 N，在水平地面上调节油门后，发动机产生的牵引力为1.4×104 N，小轿车的质量为2 t，小轿车与斜坡及水平地面间的动摩擦因数均为0.5(g取10 m/s2)。求：
(1)小轿车行驶至斜坡底端时的速度；
(2)为使小轿车在水平地面上行驶而不掉入池塘，在水平地面上加速的时间不能超过多少？(轿车在行驶过程中不采用刹车装置)
答案　(1)10 m/s　(2)5 s
解析　(1)小轿车在斜坡上行驶时，由牛顿第二定律得F1＋mgsin37°－μmgcos37°＝ma1
代入数据得斜坡上小轿车的加速度a1＝3 m/s2
由v＝2a1x1＝
得行驶至斜坡底端时的速度v1＝10 m/s。
(2)在水平地面上加速时F2－μmg＝ma2
代入数据得a2＝2 m/s2
关闭油门后减速μmg＝ma3，
代入数据得a3＝5 m/s2
设关闭油门时轿车的速度为v2，＋＝x2
得v2＝20 m/s，t＝＝5 s
即在水平地面上加速的时间不能超过5 s。