2019版物理新教材人教必修一练习 牛顿运动定律的应用 Word版含解析

　牛顿运动定律的应用
题组一　从受力情况确定运动情况
1．光滑水平面上静止一个物体，现有水平恒力F作用在物体上，使物体的位移为x0时，立刻换成－4F的力，作用相同时间，物体的总位移为(　　)
A．－x0 B．x0
C．0 D．－2x0
解析：以F方向为正方向，设开始阶段加速度为a，则后一阶段加速度为－4a，由运动规律：x0＝at2，x′＝at·t－×4at2·x＝x0＋x′.三个方程联立求得x＝－x0，故A正确．
答案：A
2．假设洒水车的牵引力不变且所受阻力与车重成正比，未洒水时，做匀速行驶，洒水时它的运动将是(　　)
A．做变加速运动
B．做初速度不为零的匀加速直线运动
C．做匀减速运动
D．继续保持匀速直线运动
解析：a＝＝＝－kg，洒水时质量m减小，则a变大，所以洒水车做加速度变大的加速运动，故A正确．
答案：A
3．用相同材料做成的A、B两木块的质量之比为3：2，初速度之比为2：3，它们在同一粗糙水平面上同时开始沿直线滑行，直至停止，则它们(　　)
A．滑行中的加速度之比为2：3
B．滑行的时间之比为1：1
C．滑行的距离之比为4：9
D．滑行的距离之比为3：2
解析：根据牛顿第二定律可得μmg＝ma，所以滑行中的加速度为：a＝μg，所以加速度之比为1：1，A错误；根据公式t＝，可得＝＝，B错误；根据公式v2＝2ax可得＝＝，C正确、D错误．
答案：C
4．如图，固定的斜面AB与水平面BC在B处平滑连接，倾角α＝30°，一质量m＝1 kg的物体，从斜面上A点由静止自由滑下，到达B点时速度为4 m/s.若斜面光滑，物体与水平面间动摩擦因数μ＝0.1，g取10 m/s2，求：
(1)物体在斜面下滑时的加速度．
(2)AB段的长度．
(3)物体在水平面上滑行的时间．
解析：(1)分析物体在斜面上受力情况，由牛顿第二定律得：
mgsin 30°＝ma1，解得a1＝5 m/s2.
(2)因为v2－0＝2a1x，故AB的长度x＝＝1.6 m.
(3)分析物体在水平面上受力情况，物体在水平面上滑行时，根据牛顿第二定律得μmg＝ma2,0－v＝－a2t
物体水平面滑行时间：t＝＝4 s.
答案：(1)5 m/s2　(2)1.6 m　(3)4 s
题组二　从运动情况确定受力情况
5．质量为1 kg的物体，受水平恒力F的作用，由静止开始在光滑的水平面上做加速运动，它在1 s内的位移为2 m，则力F的大小为(　　)
A．1 N　　　　　　　　　B．2 N
C．4 N D．6 N
解析：由x＝at2得：a＝＝4 m/s，对物体由牛顿第二定律得F＝ma＝4 N.
答案：C
6．(多选)如图甲所示，在粗糙程度相同的水平面上，物块A在水平向右的外力F作用下做直线运动，其速度—时间图像如图乙所示．下列判断正确的是(　　)
A．在0～1 s内，外力F不断增大
B．在1～3 s内，外力F的大小恒定
C．在3～4 s内，外力F不断减小
D．在3～4 s内，外力F的大小恒定
解析：从图像可得：第1 s内物体做匀加速直线运动；1～3 s内做匀速运动；第4 s内做匀减速运动．匀速或匀变速运动时，物体的受力都应是恒定的，故B、D正确．
答案：BD
7．高空作业须系安全带，如果质量为m的高空作业人员不慎跌落，从开始跌落到安全带对人刚产生作用力前人下落的距离为h(可视为自由落体运动)，此后经历时间t安全带达到最大伸长，若在此过程中该作用力始终竖直向上，则该段时间安全带对人的平均作用力大小为(　　)
A.＋mg B.－mg
C.＋mg D.－mg
解析：设高空作业人员自由下落h时的速度为v，则v2＝2gh，得v＝，设安全带对人的平均作用力为F，由牛顿第二定律得F－mg＝ma，又v＝at解得F＝＋mg.
答案：A
8.
如图所示，质量为2 kg的物体在40 N水平推力作用下，从静止开始1 s内沿竖直墙壁下滑3 m．(取g＝10 m/s2)求：
(1)物体运动的加速度大小；
(2)物体受到的摩擦力大小；
(3)物体与墙壁间的动摩擦因数．
解析：(1)由h＝at2，可得：a＝＝ m/s2＝6 m/s2.
(2)
对物体受力分析如图所示：
水平方向：物体所受合外力为零，FN＝F＝40 N
竖直方向：取向下为正方向，由牛顿第二定律得：
mg－Ff＝ma，可得：Ff＝mg－ma＝8 N.
(3)物体与墙壁间的滑动摩擦力Ff＝μFN
所以μ＝＝＝0.2.
答案：(1)6 m/s2　(2)8 N　(3)0.2
[素养提升练]
9．(多选)如图所示，总质量为460 kg的热气球，从地面刚开始竖直上升时的加速度为0.5 m/s2，当热气球上升到180 m时，以5 m/s的速度向上匀速运动．若离开地面后热气球所受浮力保持不变，上升过程中热气球总质量不变，重力加速度g＝10 m/s2.关于热气球，下列说法正确的是(　　)
A．所受浮力大小为4 830 N
B．加速上升过程中所受空气阻力保持不变
C．从地面开始上升10 s后的速度大小为5 m/s
D．以5 m/s匀速上升时所受空气阻力大小为230 N
解析：刚开始竖直上升时，热气球受重力和空气的浮力，热气球的加速度为0.5 m/s2，由牛顿第二定律可得热气球所受浮力大小为4 830 N，A项正确；热气球加速上升过程中所受空气阻力是不断变大的，热气球做加速度减小的加速运动，速度达到5 m/s所用的时间要大于10 s，B、C均错误；当热气球以5 m/s匀速上升时，由受力平衡可得热气球所受空气阻力大小为230 N，D项正确．
答案：AD
10.
如图所示，ad、bd、cd是竖直面内三根固定的光滑细杆，每根杆上套着一个小滑环(图中未画出)，三个滑环分别从a、b、c处释放(初速度为0)，用t1、t2 、t3依次表示各滑环到达d所用的时间，则(　　)
A．t1t2>t3
C．t3>t1>t2 D．t1＝t2＝t3
解析：小滑环下滑过程中受重力和杆的弹力作用，下滑的加速度可认为是由重力沿细杆方向的分力产生的，设细杆与竖直方向夹角为θ，由牛顿第二定律知mgcosθ＝ma.①
设圆心为O，半径为R，由几何关系得，滑环由开始运动至d点的位移为x＝2Rcosθ.②
由运动学公式得x＝at2.③
由①②③联立解得t＝2.
小圆环下滑的时间与细杆的倾斜情况无关，故t1＝t2＝t3.
答案：D
11．一辆质量为1.0×103 kg的汽车，经过10 s由静止加速到速度为108 km/h后匀速前进．求：
(1)汽车受到的合力．
(2)如果关闭汽车发动机油门并刹车，设汽车受到的阻力为6.0×103 N，求汽车由108 km/h到停下来所用的时间和所通过的路程．
解析：汽车运动过程如图所示．
(1)由v＝v0＋at得
加速度a＝＝ m/s2＝3 m/s2.
由F＝ma知
汽车受到的合力F＝1.0×103×3 N＝3.0×103 N.
(2)汽车刹车时，由F＝ma知
加速度大小a′＝＝ m/s2＝6 m/s2.
据v＝v0＋at知刹车时间t＝＝ s＝5 s.
由x＝t知
刹车路程x＝×5 m＝75 m.
答案：(1)3.0×103 N　(2)5 s　75 m
12．将一个物体用弹簧测力计竖直悬挂起来后，弹簧测力计的示数如图甲所示(弹簧测力计的量程为100 N)，之后将该物体放到粗糙的水平面上如图乙所示，当逐渐增大拉力到43 N时，物体刚好运动，物体运动之后只用40 N的拉力就能保持向右匀速运动(g取10 m/s2)．求：
(1)物体的质量为多少千克？物体与地面的最大静摩擦力为多大？
(2)物体与地面间的动摩擦因数为多大？
(3)如果将拉力改为60 N，并且由静止拉物体运动，经过10 s时物体的运动速度和位移各为多少？
解析：(1)由题给图形可得G＝80 N＝mg，故物体的质量m＝8.0 kg，物体受到的最大静摩擦力Ffm＝43 N.
(2)受力分析如图，可得：FN＝G＝80 N，
滑动摩擦力：Ff＝F＝40 N，
μ＝＝＝0.5.
(3)由牛顿第二定律知：F合＝F－Ff＝ma，
可得：a＝＝ m/s2＝2.5 m/s2
v＝v0＋at＝2.5×10 m/s＝25 m/s
x＝v0t＋at2＝×2.5×102 m＝125 m.
答案：(1)8.0 kg　43 N　(2)0.5　(3)25 m/s　125 m