2019版物理新教材人教版必修一同步练习:4.5牛顿运动定律的应用(word解析版)
1.如图(a)所示,在电梯箱内轻绳AO、BO、CO连接吊着质量为m的物体,轻绳AO、BO、CO对轻质结点O的拉力分别为F1、F2、F3.现电梯箱竖直向下运动,其速度v随时间t的变化规律如图(b)所示,重力加速度为g,则( )
A.在0~t1时间内,F1与F2的合力等于F3
B.在0~t1时间内,F1与F2的合力大于mg
C.在t1~t2时间内,F1与F2的合力小于F3
D.在t1~t2时间内,F1与F2的合力大于mg
2.如图所示,质量均为m=2.0kg的物块A、B紧挨着放置在粗糙的水平地面上,物块A的左侧连接一劲度系数为k=100 N/m的轻质弹簧,弹簧另一端固定在竖直墙壁上。开始时,两物块压紧弹簧并都恰好处于静止状态。现使物块B在水平外力F(图中未画出)作用下向右做加速度大小为a=2m/s2的匀加速直线运动直至与A分离,已知两物块与地面间的动摩擦因数均为μ=0.4,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,不计空气阻力,g=10 m/s2.则( )
A.开始时,弹簧的压缩量大小为8 cm
B.物块A、B分离时,所加外力F的大小为24 N
C.物块A、B由静止开始运动到分离所用的时间为0.4 s
D.物块A、B由静止开始运动到分离时,物块A的位移大小为4 cm
3.如图所示,质量为M的框架放在水平地面上,一轻弹簧上端固定一个质量为m的小球,小球上下振动时,框架始终没有跳起.当框架对地面压力为零瞬间,小球的加速度大小为:
A.g B.g C.0 D.g
4.如图所示,A、B两物块的质量分别为m和M,把它们靠在一起从光滑斜面的顶端由静止开始下滑。已知斜面的倾角为θ,斜面始终保持静止。则在此过程中,物块A对物块B的作用力为
A.0 B.Mgsinθ C.mgsinθ D.(M-m)gsinθ
5.如图所示,顶端固定着小球的直杆固定在小车上,当小车向右做匀加速运动时,球所受合外力的方向沿图中的 ( )
A.OA方向 B.OB方向 C.OC方向 D.OD方向
6.如图甲所示,木块A和长木板B叠放在水平地面上,假定木板与地面之间、木板和木板之间的最大静摩擦力都和滑动摩擦力相等,用一水平力F作用于B,A、B的加速度与F的关系如图乙所示,重力加速度g取10m/s2,则下列说法中正确的是( )
A.A的质量为0.5kg
B.B的质量为1.5kg
C.B与地面间的动摩擦因数为0.2
D.A、B间的动摩擦因数为0.4
7.如图甲所示,质量为的长木板A静止在光滑水平面上,在木板的左端放置-一个质量为的小铁块,铁块与木板间的动摩擦因数,对铁块施加水平向右的拉力大小随时间变化如图乙所示,4s时撤去拉力。可认为间的最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等,重力加速度.则下列说法错误的是( )
A.内,B的加速度大小
B.内,拉力做的功
C.相对滑行的最大距离
D.0~4s内系统产生的摩擦热
8.如图所示,光滑水平地面上的小车质量为M,站在小车水平底板上的人质量为m,且mA.人受到向左的摩擦力
B.人受到向右的摩擦力
C.人拉绳的力越大,人和车的加速度越大
D.人拉绳的力越大,人对车的摩擦力越大
9.如图所示,长为L=2.25m的水平传送带与平板紧靠在一起,且上表面在同一水平面,皮带以v0=4.0m/s匀速顺时针转动。现在传送带左端无初速地放上一质量为m=1.0kg的煤块(可视为质点),煤块与传送带及煤块与平板上表面之间的动摩擦因数为均为μ1=0.20,经过一段时间煤块被传送到传送带的右端,此过程在传送带上留下了一段黑色痕迹,随后煤块平稳滑上平板的同时,在平板右侧施加一个水平向右恒力F=17N,F作用了t0=1.0s时煤块与平板速度恰好相等,此时撤去F,最终煤块没有从平板上滑下,已知平板质量为M=4.0kg,不计空气阻力,g=10m/s2,试分析回答下列问题:
(1)传送带上黑色痕迹的长度d=?
(2)平板与地面间动摩擦因数μ2=?
(3)平板长l应满足什么条件?(计算结果保留两位有效数字)
10.如图所示,一质量M=0.2kg的长木板静止在水平面上,长木板与水平面间的动摩擦系数μ1=0.1,一质量m=0.2kg的小滑块以v0=1.2m/s的速度从长木板的左端滑上长木板,滑块与长木板间滑动摩擦因数μ2=0.4,求:
(1)经过多少时间小滑块与长木板速度相等?
(2)从小滑块滑上长木板到最后静止下来的过程中,小滑块滑动的距离为多少?(滑块始终没有滑离长木块)
11.如图(a)质量m=1kg的物块和足够长的木板叠放在实验台上,物块用一不可伸长的轻细绳固定在实验台的立柱上,细绳水平。t=0时,木板开始受到水平向左恒力F=0.4N,在t1=2s时,撤去F同时剪断轻细绳。如图(b)所示为0-3s内木板的速度v与时间t的关系。木板与实验台之间的摩擦可以忽略。重力加速度取g=l0m/s2。
(1)求木板的质量M和物块与木板间的动摩擦因数μ;
(2)求0-5s内木板运动的位移大小。
12.如图所示,在倾角为30°的光滑斜面上,一劲度系数为K=200N/m的轻质弹簧一端连接固定挡板C上,另一端连接一质量为m=4Kg的物体A,一轻细绳通过定滑轮,一端系在物体A上,另一端与质量也为m的物体B相连,细绳与斜面平行,斜面足够长,用手托住物体B使绳子刚好没有拉力,然后由静止释放,求:
(1)弹簧恢复原长时细绳上的拉力;
(2)物体A沿斜面向上运动多远时获得最大速度;
(3)物体A的最大速度大小.
参考答案
1.D
【解析】
【详解】
试题分析:结点质量为零,结点所受的合力为零,根据加速度的方向判断超失重,从而判断出拉力和重力的大小关系.
AC、对于轻质结点O,质量为0,则合力为零,可知F1、F2、F3三个力的合力为零,AC错误.
B、在0~t1时间内,电梯厢向下做匀加速运动,加速度方向向下,物体处于失重状态,故B错误.
D、在t1~t2时间内,加速度方向向上,则物块的合力向上,物体处于超重状态,则OC绳的拉力大于mg,D正确.
【点评】
解决本题的关键掌握判断超失重的方法,当加速度的方向向上,物体处于超重,当加速度的方向向下,物体处于失重.
2.D
【解析】
【详解】
A.开始时,两物块压紧弹簧并恰好处于静止状态,根据平衡条件可得:
kx0=μ?2mg
解得:
x0=0.16m=16cm
故A错误;
B.物块A、B分离时,此时A和B之间的弹力为零,以B为研究对象,根据牛顿第二定律可得:
F-μmg=ma
解得所加外力
F=12N
故B错误;
CD.以A为研究对象,分离时弹簧压缩量为x,则
kx-μmg=ma
解得
x=0.12m
此过程A运动的位移为x0-x=0.04m=4cm,根据位移时间关系可得
x0-x=at2
解得物块A、B由静止开始运动到分离所用的时间为
t=0.2s
故C错误、D正确。
3.D
【解析】
【详解】
当框架对地面压力为零瞬间,框架受重力和弹簧的弹力处于平衡,则
F=Mg
对小球分析,根据牛顿第二定律得,
F+mg=ma
解得
.
A. g,与结论不相符,选项A错误;
B. g,与结论不相符,选项B错误;
C. 0,与结论不相符,选项C错误;
D. g,与结论相符,选项D正确。
4.A
【解析】
【详解】
对A、B组成的整体受力分析可知,整体受重力、支持力而做匀加速直线运动;由牛顿第二定律可知,
则再对B由牛顿第二定律可知:
合力等于B的重力沿斜面向下的分力;故说明AB间没有相互作用力。
A.0与分析相符,故A正确;
B. Mgsinθ与分析不相符,故B错误;
C. mgsinθ与分析不符,故C错误;
D. (M-m)gsinθ与分析不符,故D错误。
5.D
【解析】
试题分析:当小车向右做匀加速运动时,小球和小车是一个整体,所以小球向右做匀加速直线运动,根据牛顿第三定律可得合力沿OD方向,D正确
考点:考查了牛顿第二定律
【名师点睛】根据牛顿第二定律可知,加速度的方向与合力的方向相同,是解决本题的关键.另外知道杆的弹力不一定沿杆的方向.
6.ACD
【解析】
【详解】
由图知,当F=3N时,AB一起开始运动,则有
当F较小时,木块和木板一起做匀加速直线运动时,共同加速度
由数学知识知,a﹣F图象的斜率
联立解得:B与地面间的动摩擦因数
当拉力达到一定程度,木块和木板之间发生相对滑动,对木块A,所受的摩擦力恒定,加速度恒定,即
由图知,aA=4m/s2,则解得
对B,加速度
由图得:
得 mB=1.0kg
据
解得:mA=0.5kg
故B错误, ACD正确.
7.BD
【解析】
【分析】
考查物体加速度,功的计算,摩擦力做功生热,根据牛顿第二定律,功能关系计算可得。
【详解】
A.内,B受到向右的拉力6N,摩擦力
由牛顿第二定律可得
解得B的加速度大小
故A不符合题意;
B.前1s物体B以4m/s2做匀加速运动,1s末时速度为
,
物体A的加速度为
,
1s末时的速度,
1s-2s时,B做匀速运动,A做匀加速运动,2s时两者达到共速,一起做匀加速直线运动
加速度大小 ,
4s末时速度
取B分析,前1s运动位移是
拉力做功
1s-2s时间内,B做匀速运动,位移
拉力做功
2S-4S时间内B做匀加速直线运动,加速度大小为1m/s2,位移
拉力做功
所以整个过程中拉力做的功总功
故B符合题意。
C.前2s相对滑行的最大距离
,
2s-4s两者相对静止,故最大距离为2m,故C不符合题意。
D. 0~4s内系统产生的摩擦热,故D符合题意。
【点睛】
用隔离法对物体AB分别受力分析,判断运动性质,前1sB以4m/s2做匀加速运动,A以1 m/s2加速匀运动,1s-2s,物体B做匀速运动,物体A以1 m/s2做匀加速运动,2s-4s时间内,二者以1 m/s2做匀加速直线运动。
摩擦生热数值上等于摩擦力和相对距离的乘积。
8.ACD
【解析】
【详解】
AB.设绳子拉力为T,人与车间的静摩擦力为f,假设车对人的静摩擦力向左,人对车的静摩擦力向右,根据牛顿第二定律,有
对人:
T-f=ma
对车:
T+f=Ma
解得
T=(M+m)a①f=(M?m)a?②
③
由②式可知,当M>m时,即车对人的静摩擦力向左,人对车的静摩擦力向右;选项A正确,B错误;
C.由③式,加速度与拉力成正比。拉力越大,加速度越大,选项C正确;
D.人拉绳的力越大,加速度越大,由②式得,加速度越大,则摩擦力越大。故D正确。
9.(1)(2) 0.3 (3)
【解析】
【详解】
(1)对煤块由牛顿第二定律有
μ1mg=ma1
得
a1=2m/s2
若煤块一直加速到右端,得
v12=2a1L
解得:
v1=3m/s
因为v1<v0,设需t1时间到右端,则
s=v0t1=6m
(2)煤块滑上平板时速度v1=3m/s,a1=2m/s2
v共=v1-a1t0=a2t0
解得
a2=1m/s2
v共=1m/s
对平板由牛顿第二定律:
F+μ1mg-μ2(M+m)g=Ma2
解得:
μ2=0.3
(3)由于μ2>μ1,
μ1mg-μ2(M+m)g=Ma3
得
全过程平板位移:
解得
全过程煤块位移:
故板长
10.(1)0.2s;(2)0.24m
【解析】
【详解】
(1)小滑块受到的滑动摩擦力为f2,方向向左
0.8N
长木板受到小滑块给予的滑动摩擦力,方向向右
0.8N
长木板受地面的滑动摩擦力
0.4N
方向向左,,长木板向右加速
小滑块向右做减速运动,长木块的加速度为,小滑块加速度为,
m/s2
m/s2,
当小滑块与长木板的速度相等时,则有:
所以:
=0.2s
(2)当小滑块与长木板的速度相等后,它们一起做匀减速运动,设共同加速度大小为a,一起做匀减速运动的距离为S2
解得:
1m/s2
则有:
m
设相对运动前小滑块运动的距离为S1,则有:
0.16m
整个过程中,小滑块滑动运动的距离S
S= S1+ S2=0.24m
11.(1) lkg; 0.02 (2)1.1m
【解析】
【详解】
(1)由图可知0-2s内木板的加速度大小
2-3s内加速度大小
由牛顿第二定律:
F-μmg=Ma1
μmg=Ma2
解得:
M=lkg,μ=0.02
(2)设绳断后经过物块和木板速度相等,设为v
v=v0-a2t; v0=0.4m/s
对木块,
v=μg
解得:
v=0.2m/s,=ls
此过程木板的位移
此后木板和木块一起匀速位移
由0-2s木板位移
故0-5s内木板位移大小
12.(1)弹簧恢复原长时细绳上的拉力为30N;
(2)物体A沿斜面向上运动20cm时获得最大速度;
(3)物体A的最大速度大小为1m/s.
【解析】
试题分析:(1)回复原长时,分别对A和B应用牛顿第二定律列式即可求解绳子的拉力,
(2、3)没有释放时,对于物体A由平衡条件求出此时弹簧的压缩量,释放后A沿斜面向上做加速度减小的加速运动,当A加速度为0时,A速度最大,对AB分别根据平衡条件求出此时弹簧的伸长量,进而判断在此过程中弹簧弹性势能改变量,设最大速度为υ,对于A、B及弹簧组成的系统由机械能守恒即可求出A的最大速度值;
解:(1)回复原长时,
对B:mg﹣T=ma
对A:T﹣mgsin30°=ma
代入数据解得:T=30N
(2)初始位置,弹簧的压缩量为:
,
当A速度最大时,有:mg=kx2+mgsin30°
弹簧的伸长量为:
所以A沿斜面上升的距离为:x=x1+x2=20cm
(3)因为x1=x2,所以弹簧的弹性势能没有改变,由系统机械能守恒得:
mg(x1+x2)﹣mg(x1+x2)sin30°=
解得:v=g
答:(1)弹簧恢复原长时细绳上的拉力为30N;
(2)物体A沿斜面向上运动20cm时获得最大速度;
(3)物体A的最大速度大小为1m/s.
【点评】本题解题的关键是根据两个物体的受力分析判断运动情况,知道当A加速度为0时,A速度最大,此时AB受力都平衡,运动过程中A、B及弹簧组成的系统机械能守恒,难度适中.