2020-2021学年高一物理人教版（2019）必修第一册同步课时作业 （21） 4.5牛顿运动定律的应用

2020-2021学年高一物理人教版（2019）必修第一册同步课时作业
（21）牛顿运动定律的应用
一，选择题
1．用30
N的水平外力F，拉一个静止在光滑水平面上的质量为20
kg的物体，力F作用3
s后消失．则第5
s末物体的速度和加速度大小分别是(　　)
A．4.5
m/s,1.5
m/s2
B．7.5
m/s,1.5
m/s2
C．4.5
m/s,0
D．7.5
m/s,0
2．在交通事故的分析中，刹车线的长度是很重要的依据，刹车线是汽车刹车后，停止转动的轮胎在地面上发生滑动时留下的划痕．在某次交通事故中，汽车的刹车线长度是14
m，假设汽车轮胎与地面间的动摩擦因数恒为0.7，g取10
m/s2，则汽车刹车前的速度大小为(　　)
A．7
m/s
B．14
m/s
C．10
m/s
D．20
m/s
3.一物块沿倾角为θ的固定斜面上滑,到达最大高度处后又返回斜面底端。已知物块下滑的时间是上滑时间的2倍。则物块与斜面间的动摩擦因数为(
)
A.
B.
C.
D.
4.如图所示,水平面上有一小车,车内有一轻弹簧左端固定,右端连接一小球,轻绳下端连接小球,上端固定。若小车以为重力加速度大小)的加速度水平向右做匀加速直线运动,弹簧恰好水平,轻绳与竖直方向的夹角为37°，取，以水平面为参考系,则剪断轻绳的瞬冋,小球的加速度（
）
A.大小为,方向水平向右
B.大小为，方向斜向右下方
C.大小为，方向斜向左下方
D.大小为，方向斜向左下方
5.如图,物块a、b和c的质量相同,a和b、b和c之间用完全相同的轻弹簧和相连,现对a施加竖直向上的拉力F,使整个系统竖直向上做匀加速运动,
和相对于原长的伸长量分别记为和。若将对a施加的竖直向上的拉力改为F’,使整个系统竖直向上做匀减速运动,此时和相对于原长的伸长量分别记为和则(
)
A.
B.
C.
D.
6.如图2所示，一个物体从A点由静止出发分别沿三条光滑轨道到达C1、C2、C3，则(　　)
图2
A．物体到达C1时的速度最大
B．物体分别在三条轨道上的运动时间相同
C．物体在与C3连接的轨道上运动的加速度最小
D．物体到达C3的时间最短
7.如图，光滑水平面上，水平恒力F作用在木块上，长木板和木块间无相对滑动，长木板质量为M，木块质量为m。它们共同加速度为a，木块与长木板间的动摩擦因数为μ，则在运动过程中(
)
A.木块受到的摩擦力一定是
B.木块受到的合力为F
C.长木板受到的摩擦力为
D.长木板受到的合力为
8.如图所示,一名消防队员在模拟演习训练中,沿着长为12m的竖立在地面上的钢管往下滑。已知这名消防队员的质量为60kg,他从钢管顶端由静止开始先匀加速再匀减速下滑,滑到地面时速度恰好为零。如果他加速时的加速度大小是减速时的2倍,下滑的总时间为3s,g取,那么该消防队员(
)
A.下滑过程中的最大速度为4m/s
B.加速与减速过程中所受摩擦力大小之比为1:7
C.加速与减速过程的位移之比为1:4
D.加速与减速过程的时间之比为2:1
9.如图甲所示，光滑水平面上停放着一辆表面粗糙的平板车，质量为M，与平板车上表面等高的平台上有一质量为m的滑块以水平初速度向着平板车滑来，从滑块刚滑上平板车开始计时，之后它们的速度随时间变化的图像如图乙所示，是滑块在车上运动的时间，以下说法中正确的是（
）
A.滑块最终没有滑离平板车
B.滑块与平板车的质量相等
C.滑块与平板车上表面间的动摩擦因数为
D.平板车上表面的长度为
10．(多选)如图所示，质量为m的小球置于倾角为θ的斜面上，被一个竖直挡板挡住．现用一个水平力F拉斜面，使斜面在水平面上做加速度为a的匀加速直线运动，重力加速度为g，忽略一切摩擦，以下说法正确的是(　　)
图
A．斜面对小球的弹力为
B．斜面和竖直挡板对小球弹力的合力为ma
C．若增大加速度a，斜面对小球的弹力一定增大
D．若增大加速度a，竖直挡板对小球的弹力一定增大
11.动车是怎样爬坡的?西成高铁从清凉山隧道开始一路上坡,釆用25%的大坡度穿越秦岭,长达45公里,坡道直接落差1100米,为国内之最。动车组由几节自带动力的车辆加几节不带动力的车辆组成,带动力的车辆叫动车,不带动力的车辆叫拖车。动车爬坡可以简化为如图所示,在沿斜面向上的恒力F作用下,两物块一起沿倾角为θ的斜面向上做匀加速直线运动,两物块间用与斜面平行的轻弹簧相连,已知两物块与斜面间的动摩擦因数相同,则下列方法能保证两物块的距离不变的是(
)
A.只增加斜面的粗糙程度
B.只增加物块B的质量
C.只增大沿斜面向上的力F
D.只增大斜面的倾角θ
12．如图所示，一小车上有一个固定的水平横杆，左边有一轻杆与竖直方向成θ角并与横杆固定，下端连接一小铁球，横杆右边用一根细线吊一质量相等的小铁球．当小车做匀变速直线运动时，细线与竖直方向成α角，若θ＜α，重力加速度为g，则下列说法正确的是(　　)
图
A．轻杆对小铁球的弹力方向与细线平行
B．轻杆对小铁球的弹力方向沿轻杆方向向上
C．轻杆对小铁球的弹力方向既不与细线平行也不沿着轻杆方向
D．小车一定以加速度gtan
α向右运动
二，简答题
13.如图所示，一个质量为10
kg的物体，沿水平地面向右运动，经过O点时速度大小为11
m/s，此时对物体施加一个水平向左、大小为12
N的恒力F.物体与水平面间的动摩擦因数为0.1，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10
m/s2，求：
(1)物体能运动到O点右侧的最大距离；
(2)8
s末物体的速度大小．
14.如图所示，一足够长的固定粗糙斜面与水平面夹角θ＝30°.一个质量m＝1
kg的小物体(可视为质点)，在F＝10
N的沿斜面向上的拉力作用下，由静止开始沿斜面向上运动．已知斜面与物体间的动摩擦因数μ＝.g取10
m/s2.
图
(1)求物体在拉力F作用下运动的加速度大小a1；
(2)若力F作用1.2
s后撤去，求物体在上滑过程中距出发点的最大距离．
15.如图所示，质量为10
kg的环在F＝140
N的恒定拉力作用下，沿粗糙直杆由静止从杆的底端开始运动，环与杆之间的动摩擦因数μ＝0.5，拉力F与杆以及杆与水平地面的夹角都为θ＝37°，力F作用一段时间后撤去，环在杆上继续上滑了0.5
s后，速度减为零，取g＝10
m/s2，sin
37°＝0.6，cos
37°＝0.8，杆足够长，求：
图
(1)拉力F作用的时间；
(2)环再次运动到杆底端时的速度大小．
答案以及解析
1.答案　C
解析　力F作用下a＝＝
m/s2＝1.5
m/s2,3
s末的速度v＝at＝4.5
m/s,3
s后撤去外力，此后物体所受合外力为0，a′＝0，物体做匀速运动，v′＝v＝4.5
m/s，故C正确．
答案　B
解析　设汽车刹车后滑动过程中的加速度大小为a，由牛顿第二定律得：μmg＝ma，解得：a＝μg.由匀变速直线运动的速度位移关系式得v＝2ax，可得汽车刹车前的速度大小为：v0＝＝
m/s＝14
m/s，因此B正确．
3.答案：C
解析：上滑过程,,下滑过程,,又:,,综合可知,C项正确。
4.答案：D
解析：剪断轻绳前，对小球进行受力分析，小球受到竖直向下的重力、轻绳的拉力T和水平方向的弹簧弹力N.根据牛顿第二定律有，解得,“-”表示弹簧弹力方向水平向左.弹力为拉力.则剪断轻绳的瞬间.弹簧弹力仍然为N，则小球受到的合外力大小。根据牛顿第二定律有，解得，方向斜向左下方，选项D正确。
5.答案：A
解析：由整体法可知,对三个物块整体有,
,由隔离法可知,物块c满足,物块b满足,解得,则,A正确,B错误;同理,减速时,依然有,,,由于F和的具体关系未知,所以C、D错误。
6.答案　D
解析　物体在斜面上的加速度a＝gsin
θ，在与C3连接的轨道上运动的加速度最大，C错误．斜面长L＝，由v2＝2aL得：v＝，故到C1、C2、C3时物体速度大小相等，故A错误．由L＝at2即＝gsin
θ·t2知，沿AC3运动的时间最短，B错误，D正确．
7.答案：D
解析：整体的加速度，隔离长木板，受力分析，长木板所受的合力为，且长木板所受的合力等于长木板所受的摩擦力。又长木板所受的摩擦力等于长木板对木块的摩擦力，故选项A、C错误，D正确；木块所受的合力，故选项B错误。
8.答案：B
解析：设消防队员最大速度为v,则加速过程中的平均速度和减速过程中的平均速度都是,故全程的平均速度是.则,解得,故A错误.设消防队员加速过程和减速过程的加速度大小分别为和.由题知,加速过程有,减速过程有.根据速度公式,有,,,.联立解得,,,.故,故B正确.由速度公式得,,所以加速与减速过程的时间之比为,故D错误.由位移公式得,,加速与减速过程的位移之比为,故C错误。
9.答案：BCD
解析：由图乙可知，滑块运动到平板车最右端时，速度大于平板车的速度，所以滑块将滑离平板车，故A错误；滑块的加速度大小，小车的加速度大小，知滑块与小车的加速度之比为1:1，根据牛顿第二定律，对滑块有，对小车有，则滑块与小车的质量之比，故B正确。滑块的加速度，又，则，故C正确；滑块的位移，小车的位移，则小车上表面的长度，故D正确。故选B、C、D。
10.答案　AD
解析　对小球受力分析如图所示，
把斜面对小球的弹力FN2进行正交分解，竖直方向有FN2cos
θ＝mg，水平方向有FN1－FN2sin
θ＝ma，所以斜面对小球的弹力为FN2＝，A正确．挡板对小球的弹力FN1＝ma＋mgtan
θ，随a增大而增大，斜面对小球的弹力FN2＝与a无关，故C错误，D正确．小球受到的斜面、挡板的弹力和重力的合力为ma，故B错误．
11.答案：AD
解析：A和B两物块的距离不变,则弹簧弹力T不变,对整体,由牛顿第二定律可得:,所以匀加速直线运动的加速度;对物块B,由牛顿第二定律可得:,所以弹簧弹力;所以,改变斜面粗糙程度和斜面倾角,弹簧弹力不变,两物块的距离不变;只增加物块B的质量,则增大,故弹簧弹力增大,两物块的距离增大;只增大拉力F,弹簧弹力增大,两物块距离增大。故A、D正确,B、C错误。
12.答案　A
解析　设细线对小铁球的弹力为F线，由牛顿第二定律得F线sin
α＝ma，F线cos
α＝mg，可得tan
α＝，设轻杆对小铁球的弹力与竖直方向夹角为β，大小为F杆，由牛顿第二定律可得
F杆cos
β＝mg，F杆sin
β＝ma，可得tan
β＝＝tan
α，可见轻杆对小球的弹力方向与细线平行，A正确，B、C错误．小车的加速度a＝gtan
α，方向向右，而运动方向可能向右，也可能向左，故D错误．
13.答案　(1)27.5
m　(2)0.6
m/s
解析　(1)物体向右运动时受到向左的摩擦力Ff＝μFN＝μmg＝10
N
物体做匀减速运动，设加速度大小为a1，由牛顿第二定律得：F＋Ff＝ma1
解得a1＝＝2.2
m/s2
当向右运动的速度减为0时，向右运动的距离最大，0－v＝－2a1xm
解得xm＝＝27.5
m.
(2)物体先做匀减速运动，设经时间t1速度减为0，
0＝v0－a1t1
解得t1＝5
s
之后物体向左做匀加速运动，设加速度为a2，
由牛顿第二定律得：F－Ff＝ma2
8
s末物体速度大小为v＝a2(t－t1)＝0.6
m/s.
14.答案　(1)2.5
m/s2　(2)2.4
m
解析　(1)对物体受力分析，根据牛顿第二定律得：
物体受到斜面对它的支持力FN＝mgcos
θ＝5
N，
物体的加速度a1＝＝＝2.5
m/s2.
(2)力F作用t0＝1.2
s时，速度大小为v＝a1t0＝3
m/s，物体向上滑动的距离x1＝a1t＝1.8
m.
此后它将向上做匀减速运动，其加速度大小a2＝＝7.5
m/s2.
这一过程物体向上滑动的距离x2＝＝0.6
m.
整个上滑过程物体距出发点的最大距离x＝x1＋x2＝2.4
m.
15.答案　(1)1
s　(2)
m/s
解析　(1)撤去拉力F后，mgsin
θ＋μmgcos
θ＝ma2，
0＝v1－a2t2，
解得v1＝5
m/s.
撤去拉力F前(注意杆对环的弹力的方向)：
Fcos
θ－mgsin
θ－μ(Fsin
θ－mgcos
θ)＝ma1，
v1＝a1t1，
所以t1＝1
s.
(2)根据牛顿第二定律可得：mgsin
θ－μmgcos
θ＝ma3
x＝(t1＋t2)，
v2＝2a3x，联立解得v＝
m/s.