人教版高中物理必修1-第四章《牛顿运动定律》单元测试(含解析)

第四章《牛顿运动定律》
一、单选题(共10小题)
1.如图所示，一条足够长的浅色水平传送带自左向右匀速运行．现将一个木炭包无初速度地放在传送带的最左端，木炭包在传送带上将会留下一段黑色的径迹．下列说法中正确的是(　　)

A． 黑色的径迹将出现在木炭包的左侧
B． 此时木炭包相对于传送带向右运动
C． 木炭包的质量越大，径迹的长度越短
D． 木炭包与传送带间的动摩擦因数越大，径迹的长度越短
2.如图所示是某同学探究加速度与力、质量的关系实验时安装完毕后，准备释放小车时的装置示意图．另一同学指出了图中的几处错误，其中不正确的是(　　)

A． 实验前没有平衡摩擦力
B． 拉小车的细线应与长木板平行
C． 实验中所用电源应为交流电源
D． 小车应靠近打点计时器且打点计时器应距右端较远些
3.下列四个单位中，不是国际单位制中的基本单位的是(　　)
A． 库仑(C)
B． 开尔文(K)
C． 摩尔(mol)
D． 坎德拉(cd)
4.一物块静止在粗糙的水平桌面上，从某时刻开始，物块受到一方向不变的水平拉力作用，假设物块与桌面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，以a表示物块的加速度大小，F表示水平拉力的大小，能正确描述F与a之间关系的图象是(　　)
A．
B．
C．
D．
5.静止在光滑水平面上的物体，在开始受到水平拉力的瞬间，下列说法正确的是(　　)
A． 物体立刻产生加速度，但此时速度为零
B． 物体立刻运动起来，有速度，但加速度还为零
C． 速度与加速度都为零
D． 速度与加速度都不为零
6.物体在与其初速度始终共线的合外力作用下运动，取v0方向为正时，合外力F随时间t的变化情况如图所示，则在0～t1这段时间内(　　)

A． 物体的加速度先减小后增大，速度也是先减小后增大
B． 物体的加速度先增大后减小，速度也是先增大后减小
C． 物体的加速度先减小后增大，速度一直在增大
D． 物体的加速度先减小后增大，速度一直在减小
7.如图所示，一个箱子放在水平地面上，箱内有一固定的竖直杆，在杆上套着一个环，箱和杆的质量为M，环的质量为m，已知环以某一初速度沿着杆匀减速下滑，设环的加速度大小为a，则在环下滑过程中箱对地面的压力F为(　　)

A．F＝(M＋m)g
B．F＝Mg＋m(g＋a)
C．Mg＜F＜(m＋M)g
D．F＝Mg＋m(g－a)
8.如图所示，沿直线匀速行驶的火车车厢的天花板下竖直悬挂着一个小球，在小球的正下方有一点P，若剪断绳子，则(　　)

A． 小球正好落在P点
B． 小球落在P点前方
C． 小球落在P点后方
D． 小球落地点位置无法确定
9.如图所示，一长木板在水平地面上运动，初速度为v0，在某时刻(t＝0)将一相对于地面静止的物块轻放到木板上，己知物块与木板的质量相等，设物块与木板间及木板与地面间均有摩擦且摩擦因数为μ，物块与木板间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，且物块始终在木板上．在物块放到木板上之后，木板运动的速度－时间图象可能是选项中的(　　)

A．
B．
C．
D．
10.如图所示，用轻滑轮悬挂重力为G的物体．轻绳总长为L，绳能承受的最大拉力是2G，现将轻绳一端固定，另一端缓慢向右移动距离d而使绳不断，则d的最大值为(　　)．

A．
B．L
C．L
D．L
二、实验题(共3小题)
11.用图甲所示的装置探究加速度与力、质量之间的关系，图乙是其俯视图．两个相同的小车放在光滑水平板上，车左端各系一条细绳，绳跨过定滑轮各挂一个相同的小盘，盘中可放砝码．两个小车右端通过细线用夹子固定，打开夹子，小车在小盘和砝码的牵引下运动，合上夹子，两小车同时停止．实验中可以通过在车中放砝码改变小车的质量．

(1)探究“加速度与质量之间的关系”时，应在小盘中放质量________(选填“相同”或“不相同”)的砝码；
(2)为使小车所受的拉力近似等于小盘和砝码的总重力，应使小盘和砝码的总质量_________(选填“远大于”或“远小于”)小车的质量；
(3)实验中，两小车的加速度之比_________(选填“大于”“等于”或“小于”)小车通过的位移之比．
12.某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系，弹簧秤固定在一合适的木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮，细绳的两端分别与弹簧秤的挂钩和矿泉水瓶连接，在桌面上画出两条平行线MN、PQ，并测出间距d，开始时将木板置于MN处，现缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动为止，记下弹簧秤的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小，再将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧秤的示数F1，然后释放木板，并用秒表记下木板运动到PQ处的时间t.

(1)木板的加速度可以用d、t表示为a＝________.
(2)改变瓶中水的质量重复试验，确定加速度a与弹簧秤示数F1的关系，下列图象能表示该同学试验结果的是_____________．
A.B.
C.D.
(3)(多选)用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是________．
A．可以改变滑动摩擦力的大小
B．可以更方便地获取多组试验数据
C．可以比较精确地测出摩擦力的大小
D．可以获得更大的加速度以提高实验精度
13.用如图所示的装置探究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系，某位同学设计的实验步骤如下：

A．用天平称出小车和小桶及其内部所装沙子的质量
B．按图安装好实验器材
C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂沙桶
D．将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量
E．保持小桶及其内部所装沙子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的M值，重复上述实验
F．分析每条纸带，测量并计算出加速度的值
G．作a－M关系图象，并由图象确定a－M关系
(1)该同学漏掉的重要实验步骤是________，该步骤应排在实验步骤________之后．
(2)在上述步骤中，有错误的是________，应把________改为________．
(3)在上述步骤中，处理不恰当的是________，应把________改为________．
三、计算题(共3小题)
14.如图所示，A、B两轮间距l＝3.25 m，套有传送带，传送带与水平面成θ＝30°角，轮子转动方向如图所示，传送带始终以2 m/s的速度运行，将一物体无初速度地放到A轮处的传送带上，物体与传送带间的动摩擦因数μ＝，求物体从A运动到B所需的时间(g取10 m/s2)

15.如图甲所示为一倾角θ＝37°且足够长的斜面，将一质量为m＝1 kg的物体无初速度在斜面上释放，同时施加一沿斜面向上的拉力，拉力随时间变化的关系图象如图乙所示，物体与斜面间动摩擦因数μ＝0.25，g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，求：


(1)2 s末物体的速度；
(2)前16 s内物体发生的位移．
16.将一个质量为1 kg的小球竖直向上抛出，最终落回抛出点，运动过程中所受阻力大小恒定，方向与运动方向相反．该过程的v－t图象如图所示，g取10 m/s2.
(1)求小球所受重力和阻力之比？
(2)求小球落回抛出点时的速度大小？

四、填空题(共3小题)
17.A，B质量分别为0.1 kg和0.4 kg，A，B间的动摩擦因数为0.5，放置在光滑的桌面上，要使A沿着B匀速下降，则必须对物体B施加的水平推力F至少为________．(g取10 m/s2)

18.完成下列单位的换算：
3 t＝________kg；72 km/h＝________m/s；40 cm/s2＝________m/s2；2 N/g＝________m/s2.
19.某竖直升空的火箭，其升空时的v－t图象如图所示，忽略空气阻力，且火箭到达最大高度后自由下落，则火箭在0～40 s过程中处于________现象(填“超重”“失重”或“平衡”)，火箭从最大高度处自由下落过程是处于________现象(填“超重”“失重”或“完全失重”)．



答案解析
1.【答案】D
【解析】
2.【答案】D
【解析】　小车应靠近打点计时器且打点计时器应距左端较远些，选项D错误．
3.【答案】A
【解析】国际单位制规定了长度、质量、时间、热力学温度、电流、光强度、物质的量这七个基本物理量的单位为基本单位，它们分别为米(m)、千克(kg)、秒(s)、开尔文(K)、安培(A)、坎德拉(cd)、摩尔(mol)，A正确。
4.【答案】C
【解析】由F－Ff＝ma可知，当F≤Ff时，a＝0；当F＞Ff时，a与F成线性关系，C选项正确．
5.【答案】A
【解析】物体静止在光滑水平面，受到水平拉力的瞬间，合力等于拉力，根据牛顿第二定律F＝ma，加速度大小与合力大小成正比，加速度与合力是瞬时关系，可知物体立刻产生加速度，而物体由于惯性，此瞬间还保持原来的状态，速度为零，A正确．
6.【答案】C
【解析】由题图可知，物体所受合力F随时间t的变化是先减小后增大，根据牛顿第二定律得：物体的加速度先减小后增大；由于合外力F与速度方向始终相同，所以物体加速度方向与速度方向一直相同，所以速度一直在增大，选项C正确．
7.【答案】B
【解析】以环为研究对象，根据牛顿第二定律得：mg－Ff＝－ma，则得：Ff＝mg＋ma；再以箱子为研究对象，分析受力情况：箱子受到重力Mg、地面的支持力FN和环对箱子向下的滑动摩擦力Ff′，由牛顿第三定律知，有：Ff′＝Ff＝mg＋ma；根据平衡条件得：地面对箱子的支持力为：FN＝Mg＋Ff′＝Mg＋mg＋ma＝(M＋m)g＋ma；根据牛顿第三定律得箱对地面的压力大小：FN′＝FN＝(M＋m)g＋ma，B正确．
8.【答案】A
【解析】在做匀速直线运动的车厢上，小球水平方向不受力的作用，所以水平方向要保持原来的运动状态，即匀速直线运动状态，所以小球落下的位置在悬点的正下方P点，故A正确．
9.【答案】A
【解析】在未达到相同速度之前，木板的加速度为－μmg－μ×2mg＝ma1，得a1＝－3μg
达到相同速度之后，木板的加速度为－μ×2mg＝ma2，得a2＝－2μg
由加速度可知，图象A正确．
10.【答案】D
【解析】以轻绳与滑轮接触处的一小段绳为研究对象，其受到轻滑轮对它的作用力大小等于G，两边的轻绳对它的等大的拉力为FT，设当d达到最大值时两绳张角为2θ，则
FTcosθ＝，cosθ＝，比较两式易得最大值为L，D项正确．
11.【答案】(1)相同　(2)远小于　(3)等于
【解析】(1)本实验是控制变量法，探究“加速度与质量之间的关系”时，要保证拉力不变，则应在小盘中放质量相同的砝码．
(2)实验中应满足小盘和砝码的总质量远小于小车的质量．
(3)根据初速度为零的匀变速直线运动公式x＝at2，用刻度尺测量两小车通过的位移，两车的位移之比等于加速度之比．
12.【答案】(1)a＝　(2)C　(3)BC
【解析】(1)根据匀变速直线运动公式得：()2＝2ad，故a＝.
(2)当F1＞F0时，木板才产生加速度．随着继续向瓶中加水后，矿泉水瓶的质量不断增加，矿泉水瓶的质量不能远小于木板的质量，那么水的重力与绳子的拉力差值越来越大，故选C.
(3)滑动摩擦力的大小不可以改变，故A错误；缓慢向瓶中加水，可以更方便地获取多组实验数据，故B正确；缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动，可以比较精确地测出摩擦力的大小，故C正确；并没有获得很大的加速度，但可以获取多组实验数据以提高实验精度，故D错误．
13.【答案】(1)平衡摩擦力　B　(2)D　6 V电压的蓄电池　4～6 V交流电压的学生电源　(3)G　作a－M关系图象　作a－关系图象
【解析】实验中把小桶及其内部所装沙子的重力看作与小车所受的拉力大小相等，实验中没有考虑摩擦力的作用，故漏掉的步骤为平衡摩擦力．电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上将无法工作，必须接在4 V～6 V交流电压的学生电源上．作a－M关系图象，得到的是双曲线，很难作出正确的判断，必须“化曲为直”，改作a－关系图象．
14.【答案】1.25 s
【解析】将物体由静止放上传送带时，摩擦力提供动力，受力如图甲所示，

由牛顿第二定律得：
在x轴方向：mgsin 30°＋Ff＝ma1，
在y轴方向：FN－mgcos 30°＝0，
摩擦力Ff＝μFN
由以上三式得a1＝g(sin 30°＋μcos 30°)＝8.0 m/s2
故有：第一加速阶段的时间为t1＝＝0.25 s
第一加速阶段的位移为x1＝＝m＝0.25 m
物体在第二阶段中，由于mgsin 30°>μmgcos 30°，故物体仍会继续加速下滑，而摩擦力方向变为沿斜面向上，受力如图乙所示，

由牛顿第二定律可得：
x轴方向上：mgsin 30°－Ff＝ma2，
y轴方向上：FN－mgcos 30°＝0，
摩擦力Ff＝μFN
由以上三式得a2＝g(sin 30°－μcos 30°)＝2.0 m/s2.
因而，在第二阶段物体以v＝2 m/s的初速度和a＝2.0 m/s2的加速度做匀加速运动，其位移为x2＝l－x1＝3.25 m－0.25 m＝3.0 m
由位移公式得x2＝vt2＋a2t，解得t2＝1 s故所用总时间为t＝t1＋t2＝0.25 s＋1 s＝1.25 s
15.【答案】(1)5 m/s　(2)30 m，方向沿斜面向下
【解析】(1)由分析可知物体在前2 s内沿斜面向下做初速度为零的匀加速直线运动，由牛顿第二定律可得
mgsinθ－F1－μmgcosθ＝ma1，
v1＝a1t1，
代入数据可得
a1＝2.5 m/s2，v1＝5 m/s.
(2)物体在前2 s内发生的位移为x1，则
x1＝a1t＝5 m.
当拉力为F2＝4.5 N时，由牛顿第二定律可得
F2＋μmgcosθ－mgsinθ＝ma2
代入数据可得a2＝0.5 m/s2
物体经过t2时间速度减为0，则
v1＝a2t2
解得t2＝10 s
t2时间发生的位移为x2，则
x2＝a2t＝25 m
由于F2<μmgcosθ＋mgsinθ，随物体在剩下4 s时间内处于静止状态．
故物体在前16 s内所发生的位移x＝x1＋x2＝30 m，方向沿斜面向下．
16.【答案】(1)小球所受重力和阻力之比为5∶1
(2)小球落回抛出点时的速度大小为8m/s.
【解析】(1)由图象得：小球向上做匀减速运动的加速度大小为：a1＝m/s2＝12 m/s2，
根据牛顿第二定律得：mg＋f＝ma1，
解得阻力为：f＝ma1－mg＝2m＝2 N，
则重力和阻力大小之比为5∶1.
(2)根据牛顿第二定律得：mg－f＝ma2
解得小球下降的加速度大小为：a2＝8 m/s2
根据x＝at2得：t＝，知上升的时间和下落的时间之比为∶3.
小球匀减速上升的位移为：x＝×2×24 m＝24 m，
根据v2＝2a2x得：v＝8m/s
17.【答案】10 N
【解析】依题意知A在竖直方向做匀速直线运动，故μFN＝mAg，得FN＝2mAg；A在水平方向有FN＝mAa，得a＝2g.对于A、B这一整体有F＝(mA＋mB)a＝10 N.
18.【答案】3×103　20　0.4　2×103
【解析】3 t＝3×103kg；72 km/h＝72×1 000 m/3 600 s＝20 m/s；40 cm/s2＝40×10－2m/s2＝0.4 m/s2；2 N/g＝2 N/10－3kg＝2×103N/kg＝2×103m/s2.
19.【答案】超重　完全失重
【解析】由图象可知在0～40 s过程中，火箭有向上的加速度，根据牛顿第二定律可知，必定是推力大于重力，处于超重状态；40 s后火箭自由下落，所有的重力都作为合力产生向下的加速度，大小为重力加速度g，所以此时处于完全失重状态．
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