人教版高中物理必修1第四章《牛顿运动定律》测试卷

第四章《牛顿运动定律》测试卷
一、单选题(共15小题)
1.如图所示，三根长度均为L、无弹性的轻绳分别接于C、D两结点，A、B两端被悬挂在水平天花板上，相距2L.现在结点C悬挂一个质量为3m的重物，CD绳保持水平、且整个系统处于静止状态，应在结点D施加力的最小值为(　　)




A．mg
B．mg
C．mg
D．mg



2.如图所示，有A、B两物体，mA＝2mB，用细绳连接后放在光滑的斜面上，在它们下滑的过程中(　　)




A． 它们的加速度a＝gsinθ
B． 它们的加速度a＜gsinθ
C． 细绳的张力FT≠0
D． 细绳的张力FT＝mBgsinθ



3.如下图所示，物体沿斜面由静止滑下，在水平面上滑行一段距离后停止，物体与斜面和水平面间的动摩擦因数相同，斜面与水平面平滑连接．下图中v、a、Ff和x分别表示物体速度大小、加速度大小、摩擦力大小和路程．其中正确的是(　　)




A．
B．
C．
D．



4.如图所示，mA>mB，设地面对A的支持力为FN，绳子对A的拉力为F1，地面对A的摩擦力为F2，若水平方向用力F拉A，使B匀速上升，则在此过程中(　　)




A．FN增大，F2增大，F1不变
B．FN减小，F2减小，F1不变
C．FN减小，F2减小，F1增大
D．FN增大，F2减小，F1增大



5.一航天探测器完成对月球的探测任务后，在离开月球的过程中，由静止沿着与月球表面成一倾斜角的直线飞行，先加速运动后匀速运动．探测器是通过喷气而获得推力的．以下关于喷气方向的描述中正确的是(　　)



A． 探测器加速运动时，沿直线向后喷气
B． 探测器加速运动时，竖直向下喷气
C． 探测器匀速运动时，竖直向下喷气
D． 探测器匀速运动时，不需要喷气



6.如图所示，电梯与水平地面成θ角，一人静止站在电梯水平梯板上，电梯以恒定加速度a启动过程中，水平梯板对人的支持力和摩擦力分别为FN和Ff.若电梯启动加速度减小为，则下面结论正确的是(　　)




A． 水平梯板对人的支持力变为
B． 水平梯板对人的摩擦力变为
C． 电梯加速启动过程中，人处于失重状态
D． 水平梯板对人的摩擦力和支持力之比为



7.关于超重和失重，下列说法正确的是(　　)
A． 物体处于超重时，物体一定在上升
B． 物体处于失重状态时，物体可能在上升
C． 物体处于完全失重时，地球对它的引力就消失了
D． 物体在完全失重时，它所受到的合外力为零
8.如图所示，带支架的平板小车沿水平面向左做直线运动，小球A用细线悬挂于支架前端，质量为m的物块B始终相对于小车静止地摆放在右端．B与小车平板间的动摩擦因数为μ.若某时刻观察到细线偏离竖直方向θ角，则此刻小车对物块B产生的作用力的大小和方向为(　　)




A．mg，竖直向上
B．mg，斜向左上方
C．mgtanθ，水平向右
D．mg，斜向右上方



9.某运动员在进行百米跑的过程中，在起跑阶段正在做匀加速直线运动，假设他前面的路面突然变成冰面(摩擦力不计)，则在冰面上他会(　　)



A． 做匀速直线运动
B． 继续维持匀加速直线运动
C． 继续向前运动但速度减小
D． 马上静止



10.关于惯性，下列说法正确的是(　　)
A． 用相同的水平力分别推放在地面上的两个材料不同的物体，则难以推动的物体惯性大
B． 同一物体运动的时的惯性大于静止时的惯性
C． “嫦娥一号”卫星在地球上的惯性与它绕月球飞行时的惯性相同(燃料消耗忽略不计)
D． 惯性大的物体运动状态容易改变，惯性小的物体运动状态不易改变
11.如图所示，质量为m1的木块和质量为m2的长木板叠放在水平地面上．现对木块施加一水平向右的拉力F，木块在长木板上滑行，而长木板保持静止状态．己知木块与长木板间的动摩擦因数为μ1，长木板与地面间的动摩擦因数为μ2，且最大静摩擦力与滑动摩擦力相等．下列说法正确的是(　　)

A． 木块受到的摩擦力大小为μ1(m1＋m2)g
B． 长木板受到的摩擦力大小为μ2(m1＋m2)g
C． 若改变F的大小，当F＞μ1(m1＋m2)g时，长木板将开始运动
D． 若将F作用于长木板，长木板与木块有可能会相对滑动
12.如图所示，在光滑的水平面上，质量分别为m1和m2的木块A和B之间用轻弹簧相连，在拉力F作用下，以加速度a做匀加速直线运动，某时刻突然撤去拉力F，此瞬间A和B的加速度为a1和a2，则(　　)

A．a1＝a2＝0
B．a1＝a，a2＝0
C．a1＝a，a2＝a
D．a1＝a，a2＝－a
13.下列现象属于完全失重状态的是(　　)



A． 电梯里的小孩随电梯一起下降时
B． 天宫二号以加速度g向上做匀加速运动
C． 火箭点火加速升空离开地面时
D． 宇航员在太空舱中“飘浮”时



14.如图所示，A，B两物体的质量分别为m和2m，中间用轻弹簧相连，水平面光滑，在水平推力F作用下，A，B两物体一起以加速度a向右做匀加速直线运动．当突然撤去推力F的瞬间，A，B两物体的加速度大小分别为(　　)




A． 0，a
B．a,2a
C． 2a，a
D． 0,2a



15.在2006年2月26号闭幕的都灵冬奥会上，张丹和张昊一起以完美表演赢得了双人滑比赛的银牌．在滑冰表演刚开始时他们静止不动，随着优美的音乐响起，在相互猛推一下后分别向相反方向运动．假定两人的冰刀与冰面间的摩擦因数相同，已知张丹在冰上滑行的距离比张昊远，这是由于(　　)
A． 在推的过程中，张丹推张昊的力小于张昊推张丹的力
B． 在推的过程中，张昊推张丹的时间大于张丹推张昊的时间
C． 在刚分开时，张丹的初速度大于张昊的初速度
D． 在分开后，张丹的加速度的大小大于张昊的加速度的大小
二、实验题(共3小题)
16.如图所示是在做“验证牛顿第二定律”的实验时的装置，实验中使用的是电火花打点计时器，所用的电源是________(填“直流”或“交流”)电源，电压为________V，频率是50 Hz.

放在水平桌面的小车(包括里面的钩码)的总质量为M，悬挂的每个钩码的质量为m.挂一个钩码时，水平木板上的小车恰好匀速运动，挂5个同样钩码时小车带动的纸带如图所示，每相邻两点之间有四个点没有画出来，纸带上数字的单位是厘米，都是该点到点“0”的距离，该纸带________(填“是”或“不是”)从开始的“0”点就做匀加速直线运动．小车做匀加速直线运动段的加速度a＝________(保留三位有效数字)，g＝9.8 m/s2，＝________(用分数表示)．

17.如图所示的装置，可用于验证牛顿第二定律．在气垫导轨上安装两个光电门，小车上固定遮光板，细线一端与小车相连，另一端跨过定滑轮挂上沙桶，实验首先调整气垫导轨，通过调整使小车未挂沙桶时能在气垫导轨上做匀速运动，然后再进行后面的操作，并在实验中获得以下测量数据：小车和遮光板的总质量M、遮光板的宽度d、两光电门的中心的距离s.则

某次实验过程中测得：沙桶的质量为m，小车先后通过两个光电门的挡光时间分别为t1、t2(小车通过第二个光电门后，沙桶才落地)，已知重力加速度为g，则对该小车实验要验证的表达式是________．
18.某实验小组用如图所示的装置探究质量一定时加速度与力的关系．用铁架台将两块固定有定滑轮的木板架起，木板的右端固定了两个打点计时器，将两个质量相等的小车A、B放置在木板右端，用细线绕过滑轮组后与两小车相连．两条纸带穿过打点计时器后分别与小车连接在一起．将两个打点计时器接在同一个电源上，确保可将它们同时打开或关闭．实验时，甲同学将两小车按住，乙同学先在动滑轮下方挂上一个钩码，再接通电源使打点计时器开始工作．打点稳定后，甲将两辆小车同时释放．在小车撞到定滑轮前，乙断开电源，两打点计时器同时停止工作．取下两条纸带，通过分析处理纸带记录的信息，可以求出两小车的加速度，进而完成实验．

请回答以下问题：
(1)下图为小车A后面的纸带，纸带上的0、1、2、3、4、5、6为每隔4个打印点选取的计数点，相邻两计数点间的距离如图中标注，单位为cm.打点计时器所用电源的频率为50 Hz，则小车A的加速度a1＝____m/s2(结果保留两位有效数字)．同样测出车B的加速度a2，若a1∶a2近似等于____，就可说明质量一定的情况下，物体的加速度与其受到的合外力成正比．

(2)丙同学提出，不需测出两小车加速度的数值，只量出两条纸带上从第一个打印点到最后一个打印点间的距离x1、x2，也能完成实验探究．他的验证方法是________，理由是________．
(3)(多选)下列操作中，对减少实验误差有益的是(　　)
A．换用质量大一些的钩码
B．换用质量大一些的小车
C．调整定滑轮的高度，使牵引小车的细线与木板平行
D．平衡小车运动时受到的摩擦力时，将细线与小车连接起来
三、计算题(共3小题)
19.如图甲所示，在风洞实验室里，一根足够长的固定的均匀直细杆与水平方向成θ＝37°角，质量m＝1 kg的小球穿在细杆上且静止于细杆底端O处，开启送风装置，有水平向右的恒定风力F作用于小球上，在t1＝2 s时刻风停止．小球沿细杆运动的部分v－t图象如图乙所示，g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，忽略浮力．求：
(1)小球在0～2 s内的加速度a1和2～5 s内的加速度a2；
(2)小球与细杆间的动摩擦因数μ和水平风力F的大小．

20.汽车满载时总质量为5 t，从静止开始做匀加速直线运动，经5 s速度达到36 km/h，所受阻力为重力的0.02倍，求汽车的牵引力．(g取10 m/s2)
21.楼梯口一倾斜的天花板与水平地面成θ＝37°角，一装潢工人手持木杆绑着刷子粉刷天花板，工人所持木杆对刷子的作用力始终保持竖直向上，大小为F＝10 N，刷子的质量为m＝0.5 kg，刷子可视为质点，刷子与板间的动摩擦因数μ为0.5，天花板长为L＝4 m，取sin 37°＝0.6，试求：

(1)刷子沿天花板向上的加速度；
(2)工人把刷子从天花板底端推到顶端所用的时间．
四、简答题(共3小题)
22.选定了长度的单位m，质量的单位kg，时间的单位s之后，就足以导出力学中其他所有的物理量的单位，但必须依据相关的公式．现有一个物理量及其表达式为A＝，其中M是质量，r是长度，又已知G的单位是N·m2·kg－2，据此能否推知A是什么物理量？
23.据说以前有个商人，从荷兰把5 000 t的货物运往非洲靠近赤道的某个港口，发现货物少了19 t，在荷兰和非洲，都是用托盘弹簧秤来称量货物的．试说明货物产生重量差的原因，并根据这两地的重力加速度的值计算是否会差这么多．荷兰的重力加速度约为9.816 m/s2，非洲的重力加速度约为9.780 m/s2.
24.古希腊的哲学家亚里士多德根据人们的传统观点提出：必须有力作用到物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就要停下来，这种认识一直持续了两千多年．直到17世纪，伽利略才根据实验指出，在水平面上运动的物体之所以会停下来，是因为受到了摩擦阻力，如果在一个没有摩擦阻力的水平面上，物体就会保持自己的速度不变．他通过一个想象的理想实验，经过严密的推理，有力地证明了他的观点的正确性，指出了亚里士多德的认识的错误性．

伽利略的理想实验和推理过程如下：如图甲所示，把两个斜面对接起来，让静止的小球沿一个斜面滚下来，小球将滚上另一个斜面．如果没有摩擦，小球将上升到原来静止时的高度．他推论出，如果减小第二个斜面的倾角(图乙)，小球在这个斜面上仍然要达到原来的高度，但是要通过更长的距离．继续减小第二个斜面的倾角，直至最后使它成为水平面(图丙)，小球不可能达到原来的高度，而要沿着水平面以恒定的速度运动下去．
(1)归纳一下，伽利略和亚里士多德关于“运动和力”的关系的根本分歧是____________.
(2)伽利略的理想实验和推理过程，要论证他的______________________________________
__________________________________________________________________________________________________________的观点．
(3)这个实验只能是理想实验的原因是______________________________________________
__________________________________________________________________________________________________；
实际做这个实验的困难在于___________________________________.



答案解析
1.【答案】C
【解析】由图可知，要想CD水平，则AC与水平方向的夹角为60°；结点C受力平衡，则受力分析如图所示，结点C受到沿AC拉力在水平方向上的分力等于水平向右的拉力FT，
即：FT＝FACcos 60°＝FAC，
结点C受到沿AC拉力在竖直方向上的分力等于物体的重力，即：3mg＝FACsin 60°＝FAC，
FT＝·3mg；
结点D受力平衡，当拉力F的方向与BD垂直时，力臂最长、最省力，如图所示，
最小拉力F＝F′＝FT′cos 30°＝FTcos 30°＝·3mg×＝mg.

2.【答案】A
【解析】对AB整体受力分析可知，整体受重力、弹力；将重力沿斜面和垂直于斜面进行分解，则支持力与重力垂直于斜面的分力相平衡；沿斜面方向的合外力F＝(mA＋mB)gsinθ；
由牛顿第二定律可知：
(mA＋mB)gsinθ＝(mA＋mB)a
解得：a＝gsinθ，故A正确，B错误；
对B分析，可知B受到的合力F＝mBa＝mBgsinθ；
F＝FT＋mBgsinθ，
故说明细绳的张力为零，故C、D错误．
3.【答案】C
【解析】物体在斜面上受重力、支持力、摩擦力作用，其摩擦力大小为Ff1＝μmgcosθ，做初速度为零的匀加速直线运动，其v－t图象为过原点的倾斜直线，A错误；加速度大小不变，B错误；其x－t图象应为一段曲线，D错误；物体到达水平面后，所受摩擦力Ff2＝μmg>Ff1，做匀减速直线运动，所以正确选项为C.
4.【答案】A
【解析】由题，B保持匀速上升，由平衡条件可知，绳子的拉力大小FT不变．根据定滑轮的特点可知，A受到轻绳的拉力F1大小也不变.

对A受力分析如图，则竖直方向：FN＋F1cosθ＝mAg，得FN＝mAg－F1cosθ；A沿地板向右运动时，θ增大，cosθ减小，F1不变，则FN逐渐增大，而F2＝μFN，μ不变，则F2也逐渐增大．故A正确，B、C、D错误．
5.【答案】C
【解析】探测器由静止沿与月球表面成一倾斜角的直线飞行，加速运动时，其推力和月球对探测器的引力的合力应与其加速运动的方向相同，喷气方向应与F推方向相反，使其反作用力在探测器上产生两个分力，其中一个分力产生加速度，另一个分力与引力平衡，如图所示，探测器匀速运动时，必受平衡力作用，因此应竖直向下喷气，使其反作用力大小与引力大小相等、方向相反，故选C.

6.【答案】B
【解析】将人的加速度分解，水平方向ax＝acosθ，竖直方向ay＝asinθ.对于人根据牛顿第二定律，在水平方向有Ff＝max，在竖直方向有FN－mg＝may，人处于超重状态，故C错误；
当加速度由a变为时，对于人根据牛顿第二定律，在水平方向有Ff＝max，摩擦力变为原来的一半，但由FN－mg＝may，知支持力不为原来的一半，则水平梯板对人的摩擦力和支持力之比也发生变化，故A、D错误，B正确．
7.【答案】B
【解析】物体处于超重时，具有向上的加速度，但其运动方向不确定，可能向上加速，也可能向下减速，A错误；物体处于失重或者是完全失重状态时，具有向下的加速度，可能向下加速，也可能向上减速，B正确；完全失重时，物体仍受到地球对它的吸引力，即受到重力的作用，合外力不为零，C、D错误．
8.【答案】D
【解析】以A为研究对象，分析受力如图

根据牛顿第二定律得：mAgtanθ＝mAa，得：a＝gtanθ，方向水平向右．再对B研究得：小车对B的摩擦力为：Ff＝ma＝mgtanθ，方向水平向右，小车对B的支持力大小为FN＝mg，方向竖直向上，则小车对物块B产生的作用力的大小为：F＝＝mg，方向斜向右上方，D正确．
9.【答案】A
【解析】在冰面上摩擦力不计，运动员只在竖直方向上受重力和支持力，这两个力是一对平衡力，故运动员处于平衡状态，因此他将做匀速直线运动．
10.【答案】C
【解析】衡量惯性大小的唯一标准就是质量，质量越大，惯性越大，与物体的运动状态、所处的空间位置无关，故A、B错误，C正确；惯性是物体保持原来状态的性质，惯性大的物体运动状态不容易改变，惯性小的物体运动状态容易改变，故D错误．
11.【答案】D
【解析】先对木块受力分析，受拉力F、重力、支持力和向后的滑动摩擦力，滑动摩擦力为Ff1＝μ1m1g；根据牛顿第三定律，木块对长木板有向前的滑动摩擦力，长木板还受到重力、压力、支持力和地面对其向后的静摩擦力，根据平衡条件，有Ff2＝μ1m1g－μ2(m1＋m2)g，故A、B错误；若改变F的大小，当F＞μ1(m1＋m2)g时，滑块加速，但滑块与长木板的滑动摩擦力不变，故长木板与地面间的静摩擦力也不变，故木板不会运动，故C错误；若将力F作用在长木板上时，滑块受木板的作用力等于二者间的滑动摩擦力，当整体的加速度大于μg时，木块一定会发生相对木板的滑动，故D正确．
12.【答案】D
【解析】两木块在光滑的水平面上一起以加速度a向右做匀加速运动时，弹簧的弹力F弹＝m1a，在力F撤去的瞬间，弹簧的弹力来不及改变，大小仍为m1a，因此木块A的加速度此时仍为a，以木块B为研究对象，取向右为正方向，－m1a＝m2a2，a2＝－a.
13.【答案】D
【解析】电梯里的小孩随电梯一起下降时，没有说明加速度的方向，所以不能判断出是否是完全失重状态．故A错误；天宫二号以加速度g向上做匀加速运动时加速度方向向上，是超重状态．故B错误；火箭点火加速升空离开地面时加速度的方向向上，处于超重状态．故C错误；宇航员在太空舱中“飘浮”时只受到重力的作用，处于完全失重状态．故D正确．
14.【答案】C
【解析】撤去推力F前，根据牛顿第二定律得：对整体：a＝，对B：F弹＝2ma＝
撤去推力F的瞬间，弹簧的弹力没有变化，其弹力大小仍为F弹＝，则由牛顿第二定律得A、B两物体的加速度大小分别为：aA＝＝＝2a，aB＝＝a.C正确．
15.【答案】C
【解析】张丹和张昊之间的作用力属于作用力和反作用力，作用力和反作用力的大小相等、方向相反，同时产生、同时消失，所以A、B错误；由于两人的冰刀与冰面间的摩擦因数相同，由牛顿第二定律可以知道，μmg＝ma，所以a＝μg，即他们的加速度的大小是相同的，所以D错误；由于张丹在冰上滑行的距离比张昊远，根据v2＝2ax可知，在刚分开时，张丹的初速度大于张昊的初速度，所以C正确．
16.【答案】交流　220　不是　2.90　29：247
【解析】实验中使用的是电火花打点计时器，所用的电源是交流电源，电压为220 V，频率是50 Hz.
因x01＝1.40 cm，x12＝2.15 cm，x23＝5.05 cm，则x01：x12：x23＝2：3：7，不是1：3：5...故纸带不是从开始的“0”点就做匀加速直线运动；
a＝＝m/s2＝2.90 m/s2；根据牛顿定律可知5mg－mg＝(5m＋M)a，解得m：M＝29：247
17.【答案】2mgs＝M[2－2]
【解析】由于光电门的宽度d很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度．
小车通过光电门1速度为：v1＝
小车通过光电门2速度为：v2＝
根据运动学公式v2－v＝2as，小车的加速度为：
a＝＝
根据需要验证的牛顿第二定律关系式为：F＝mg＝Ma，即：
2mgs＝M[()2－()2]
18.【答案】(1)0.48　1∶2　
(2)比较x1∶x2是否近似等于1∶2　小车从静止开始运动，纸带上最初和最末两个打印点对应小车的运动时间相等，由x＝at2可知，x与a成正比，即距离之比等于加速度之比．(3)AC
【解析】(1)由纸带可知，小车A的加速度a1＝，式中T＝0.1 s，代入数据可知，a1＝0.48 m/s2；由装置可知，B车受的拉力FTB等于A车所受拉力FTA的2倍，若a1∶a2＝FTA∶FTB＝1∶2，就可说明质量一定的情况下，物体的加速度与其受到的合外力成正比．
(2)丙同学的验证方法是：比较x1∶x2是否近似等于1∶2；小车从静止开始运动，纸带上最初和最末两个打印点对应小车的运动时间相等，由x＝at2可知，x与a成正比，即距离之比等于加速度之比．
(3)换用质量大一些的钩码，可减小实验的相对阻力，使得测量更准确，选项A正确；换用质量大一些的小车，会增大阻力，加大误差，选项B错误；调整定滑轮的高度，使牵引小车的细线与木板平行，可减小实验的误差，选项C正确；平衡小车运动时受到的摩擦力时，只让小车拖着纸带运动，而不应该连接细线，选项D错误．
19.【答案】(1)15 m/s2，方向沿杆向上　10 m/s2，方向沿杆向下
(2)0.5　50 N
【解析】(1)取沿细杆向上的方向为正方向，由图象可知：
在0～2 s内，a1＝＝15 m/s2(方向沿杆向上)
在2～5 s内，a2＝＝－10 m/s2(“－”表示方向沿杆向下)．
(2)有风力F时的上升过程，由牛顿第二定律，有
Fcosθ－μ(mgcosθ＋Fsinθ)－mgsinθ＝ma1
停风后的上升阶段，由牛顿第二定律，有
－μmgcosθ－mgsinθ＝ma2
联立以上各式解得μ＝0.5，F＝50 N.
20.【答案】1.1×104N
【解析】取国际单位m＝5 t＝5×103kg，v＝36 km/h＝10 m/s
由运动学公式a＝及牛顿第二定律F－Ff＝ma
得F＝Ff＋m＝0.02mg＋m，代入数据得F＝1.1×104N.
21.【答案】(1)2 m/s2　(2)2 s
【解析】(1)以刷子为研究对象，受力分析如图

设向上推力为F，滑动摩擦力为Ff，天花板对刷子的弹力为FN，由牛顿第二定律，得
(F－mg)sin 37°－μ(F－mg)cos 37°＝ma
代入数据，得a＝2 m/s2.
(2)由运动学公式，得L＝at2
代入数据，得t＝2 s
22.【答案】速度
【解析】的相应单位是
＝＝＝＝m/s
该表达式是速度的单位，所以物理量A是速度．
23.【答案】在地球同一地点，重力加速度相同，在地球不同地点，重力加速度不一定相同．重力加速度与纬度和高度有关．弹簧秤称的是重力，而不是质量，由于这两地纬度不同，导致所称的重力不同　会
【解析】由于G＝mg，所以G＝mg1－mg2＝m(g1－g2)，
其质量差约为Δm＝＝×5 000 t≈18.4 t
计算结果与19 t非常接近．
24.【答案】(1)伽利略：物体不受力也能运动；亚里士多德：物体受力才能运动　(2)如果没有力作用在物体上，物体能一直运动下去　(3)现实中不受力的物体是不存在的　摩擦阻力不可能小到为零，且没有无限长的平面　
【解析】(1)由短文内容知，伽利略认为：物体不受力也能运动；亚里士多德认为：物体受力才能运动．
(2)伽利略通过实验，证实了如果没有力作用在物体上，物体能一直运动下去．　
(3)现实中不受力的物体是不存在的；实际做这个实验的困难在于摩擦阻力不可能小到为0，且没有无限长的平面．