4.5牛顿运动定律的应用提升优化练习人教版（2019）高中物理必修第一册 Word版含答案

4.5牛顿运动定律的应用提升优化
一、单选题
1.如图所示，质量为2m的物块A与水平地面间的动摩擦因数为μ，质量为m的物块B与地面的摩擦不计，在大小为F的水平推力作用下，A、B一起向右做加速运动，则A和B之间的作用力大小为(
??)
A.???????????????????????B.???????????????????????C.???????????????????????D.?
2.如图所示，重20N的滑块在倾角为30°的光滑斜面上，从a点由静止下滑，到b点接触到一个轻弹簧。滑块压缩弹簧到c点开始弹回，返回b点离开弹簧，最后又回到a点，已知ab=0.8m，bc=0.4m，g取10m/s2。由a点下滑到c点过程中，物体的速度（??
）
A.?逐渐变大???????????????????????B.?逐渐变小???????????????????????C.?先变大后变小???????????????????????D.?先变小后变大
3.如图所示，小球从竖直放置的轻弹簧正上方自由下落。在小球接触弹簧到弹簧被压缩到最短的过程中，小球的速度（??
）
A.?变大????????????????????????????????B.?不变????????????????????????????????C.?变小????????????????????????????????D.?先变大后变小
4.物体m恰能沿静止的斜面匀速下滑．现用一个竖直向下的力F作用在m上，并且过m的重心，如右图所示，则下列分析错误的是（??
）
A.?斜面对物体的支持力增大????????????????????????????????????B.?物体仍能保持匀速下滑
C.?物体将沿斜面加速下滑???????????????????????????????????????D.?斜面对物体的摩擦力增大
5.一质量为M、带有挂钩的球形物体套在倾角为θ的细杆上，并能沿杆匀速下滑，若在挂钩上再吊一质量为m的物体，让它们沿细杆下滑，如图所示，则球形物体（??
）
A.?仍匀速下滑??????????B.?沿细杆加速下滑??????????C.?受到细杆的摩擦力不变??????????D.?受到细杆的弹力不变
6.如图，一个质量m＝2kg的长木板置于光滑水平地面上，木板上放有质量分别为mA＝2kg和mB＝4kg的A、B两物块，A、B两物块与木板之间的动摩擦因数都为μ＝0.3，若现用水平恒力F作用在A物块上，重力加速度g取l0m/s2
，
滑动摩擦力等于最大静摩擦力，则下列说法正确的是（??
）
A.?当F＝6N时，B物块加速度大小为lm/s2???????????????B.?当F＝7N时，A物块和木板相对滑动
C.?当F＝10N时，物块B与木板相对静止??????????????????D.?当F＝12N时，则B物块所受摩擦力大小为2N
7.滑块以某一初速度从固定的斜面底端向上运动，然后又滑回斜面底端。A点是滑块向上运动的位移的中点，滑块两次经过A点的速率分别为vA1、vA2
，
两次经过A点的时间间隔是t，则（??
）
A.?vA1＞vA2
，
从A点到最高点的时间可能是等于
B.?vA1＞vA2
，
从A点到最高点的时间可能是大于
C.?vA1＞vA2
，
从A点到最高点的时间可能是小于
D.?vA1＜vA2
，
从A点到最高点的时间可能是等于
8.如图所示，某人从高出水平地面h的坡上水平击出一个质量为m的高尔夫球．由于恒定的水平风力的作用，高尔夫球竖直地落入距击球点水平距离为L的A穴．则（??
）
A.?球被击出后做平抛运动???????????????????????????????????????
B.?球被击出时的初速度大小为
C.?该球被击出到落入A穴所用时间为
??????????????D.?球被击出后受到的水平风力的大小为
9.如图所示，粗糙水平面上放置有一个滑块，质量为M，其内部带有一光滑的半圆形凹槽；一质量为m
的小球在凹槽内部往复运动，滑块始终静止不动；在小球由静止开始从凹槽右端最高点滑向最低点的过程中，下列说法正确的是（???
）
A.?地面对滑块的摩擦力方向向左?????????????????????????????B.?小球始终处于超重状态
C.?地面对滑块的支持力大小等于（M+m）g??????????D.?小球运动的速度大小和方向不变
10.如图所示，静止在水平地面上倾角为θ斜面光滑的斜面体上，有一斜劈A，A的上表面水平且放有一斜劈B，B的上表面上有一物块C，A、B、C一起沿斜面匀加速下滑。已知A、B、C的质量均为m，重力加速度为g。下列说法正确的是（??
）
A.?A
的上表面可以是光滑的????????????????????????????????????B.?C可能只受两个力作用
C.?A加速度大小为gcos
θ????????????????????????????????????????D.?斜面体受到地面的摩擦力为零
11.如图所示，将小砝码置于桌面上的薄纸板上，用水平向右的拉力将纸板迅速抽出，砝码的移动很小，几乎观察不到，这就是大家熟悉的惯性演示实验。若砝码和纸板的质量分别为2m和m，各接触面间的动摩擦因数均为μ．重力加速度为g。要使纸板相对砝码运动，所需拉力的大小至少应为（?
）
A.?3μmg?????????????????????????????????B.?4μmg?????????????????????????????????C.?5μmg?????????????????????????????????D.?6μmg
12.质量为m的光滑小球恰好放在质量也为m的圆弧档内，它与槽左右两端的接触处分别为A点和B点，圆弧槽的半径为R，OA与水平线AB成60°角。槽放在光滑的水平桌面上，通过细线和滑轮与重物C相连，细线始终处于水平状态。通过实验知道，当槽的加速度很大时，小球将从槽中滚出，滑轮与绳质量都不计，要使小球不从槽中滚出，则重物C的最大质量为（??
）
A.??????????????????????????B.?2m?????????????????????????C.?（
）m?????????????????????????D.?（
）m
13.如图所示，绷紧的水平传送带以恒定速率v1运行。t＝0时刻，初速度大小为v2的小物块从与传送带等高的光滑水平面滑上传送带，以地面为参考系，v2＞v1
．
则小物块在传送带上运动的v﹣t图象可能正确的是（??
）
A.???????????B.???????????C.???????????D.?
14.在光滑的水平面上有一质量为M、倾角为
的光滑斜面，其上有一质量为m的物块，如图所示。物块在下滑的过程中对斜面压力的大小为（??
）
A.????????????B.????????????C.????????????D.?
15.如图所示，在质量为M的小车中，用细线悬挂一个质量为m的小球，在水平牵引力的作用下，小车向右做匀加速运动，稳定时悬线向左偏离竖直方向的角度为α。撤去牵引力后，小车继续向右运动，稳定时悬线向右偏离竖直方向的角度为β。则牵引力的大小为(?
)
A.?(M+m)gtanβ?????????B.?(M-m)gtanα?????????C.?(M+m)g(tanα+tanβ)?????????D.?(M+m)g(tanα-tanβ)
16.如图所示，用缆绳将沉在海底的球形钢件先从a处竖直吊起到b，再水平移到c，最后竖直下移到d。全过程，钢件受到水的阻力大小不变，方向与运动方向相反，所受浮力恒定。则上升、平移、下降过程中的匀速运动阶段，缆绳对钢件拉力F1、F2、F3的大小关系是（
??）
A.?F1>
F2>
F3???????????????????????B.?F1>
F3>
F2???????????????????????C.?F2>
F1>
F3???????????????????????D.?F3>F2>
F1
二、综合题
17.如图所示，质量为2kg的物体放置在水平地面上，在大小20N、方向与水平面成37°角斜向上的拉力作用下，由静止开始2s内的位移为10m，取重力加速度g=10m/s2
，
sin37°=0.6，cos37°=0.8。求:
（1）物体3s末速度的大小；
（2）物体与水平面间的动摩擦因数；
（3）若3s末撤去拉力，则物体还能运动多远？
18.如图1所示，有一质量
的物件在电机的牵引下从地面竖直向上经加速、匀速、匀减速至指定位置。当加速运动到总位移的
时开始计时，测得电机的牵引力随时间变化的
图线如图2所示，
末速度减为0时恰好到达指定位置。若不计绳索的质量和空气阻力，求物件：
（1）做匀减速运动的加速度大小和方向；
（2）匀速运动的速度大小；
（3）总位移的大小。
19.单板滑雪U型池比赛是冬奥会比赛项目，其场地可以简化为如图甲所示的模型：
U形滑道由两个半径相同的四分之一圆柱面轨道和一个中央的平面直轨道连接而成，轨道倾角为17.2°。某次练习过程中，运动员以vM=10
m/s的速度从轨道边缘上的M点沿轨道的竖直切面ABCD滑出轨道，速度方向与轨道边缘线AD的夹角α=72.8°，腾空后沿轨道边缘的N点进入轨道。图乙为腾空过程左视图。该运动员可视为质点，不计空气阻力，取重力加速度的大小g=10
m/s2
，
sin72.8°=0.96，cos72.8°=0.30。求：
（1）运动员腾空过程中离开AD的距离的最大值d；
（2）M、N之间的距离L。
20.垃圾分类势在必行，在处理过程中，需要把分拣出来的某种可回收垃圾装入货箱集中处理。一个垃圾处理站用如图所示的水平传送带AB和斜面BC将装入货箱的某种可回收垃圾运送到斜面的顶端。传送带AB的长度L=11
m，上表面保持匀速向右运行，运行的速度v=12
m/s。传送带B端靠近倾角q=37°的斜面底端，斜面底端与传送带的B端之间有一段长度可以不计的小圆弧。在A、C处各有一个机器人，A处机器人每隔Dt=1.0s将一个质量m=10
kg的货箱（可视为质点）轻放在传送带A端，货箱经传送带和斜面后到达斜面顶端的C点时速度恰好为零，C点处机器人立刻将货箱搬走。已知斜面BC的长度s=5.0
m，传送带与货箱之间的动摩擦因数μ0=0.55，货箱由传送带的右端到斜面底端的过程中速度大小损失原来的
，g=10
m/s2（sin37°＝0.6，cos37°＝0.8）。求：
（1）斜面与货箱之间的动摩擦因数μ；
（2）从第一个货箱放上传送带A端开始计时，在t0=3.0s的时间内，所有货箱与传送带的摩擦产生的热量Q。
答案解析
1.【答案】
D
【解析】以AB组成的系统为研究对象，由牛顿第二定律得系统的加速度
，以B为研究对象，由牛顿第二定律得A对B的作用力：
，即AB间的作用力为
，D符合题意．
故答案为：D
分别对两个物体进行受力分析，两个物体具有相同的加速度，利用牛顿第二定律列方程联立求解外力大小。
2.【答案】
C
【解析】从a点到b点一直做匀加速运动，通过b点后，当弹簧的弹力小于重力的下滑分力时，仍做加速度减小的加速运动，当弹簧的弹力大于重力的下滑分力时做减速运动，到达c点时速度减小到零，因此速度先增加后减小，C符合题意，ABD不符合题意。
故答案为：C。
对物体进行受力分析，在沿斜面方向和垂直于斜面两个方向上分解，在沿斜面方向利用牛顿第二定律求解物体的加速度，分析物体速度的变化。
3.【答案】
D
【解析】小球从某高度处自由落下，在接触弹簧之前，只受重力，做加速运动，接触弹簧后，除了受重力还会受到向上的弹力，随着形变量逐渐增大，弹力逐渐增大，小球的加速度逐渐减小。当弹力等于重力时，小球速度达到最大，之后，形变量继续增大，弹力大于重力，小球做减速运动，加速度逐渐增大，所以小球先做加速，后做减速，即小球的速度先变大后变小，所以D符合题意，ABC不符合题意。
故答案为：D。
对物体进行受力分析，在竖直方向上利用牛顿第二定律求解物体的加速度，进而判断小球速度的变化。
4.【答案】
C
【解析】BC．对物体受力分析，建立直角坐标系并将重力分解，如图所示
在不加F时，根据共点力的平衡可知
解得
加上压力F时，同理将F分解，则x轴上有
y轴上有
又
则
根据
可得
，故物体沿斜面方向的合力仍然为零，故物体仍能保持匀速直线运动状态，B正确，不符合题意；C错误，符合题意；
A．根据
，
可知斜面对物体的支持力增大，A正确，不符合题意；
D．根据
，
可知斜面对物体的摩擦力增大，D正确，不符合题意。
故答案为：C。
对物体进行受力分析，在沿斜面方向和垂直于斜面两个方向上分解，在沿斜面方向利用牛顿第二定律求解物体的加速度，进而分析物体的运动情况。
5.【答案】
A
【解析】解：AB、不挂重物时，球形物体受重力、支持力和摩擦力而匀速下滑，根据平衡条件，在平行斜面方向，有：Mgsinθ﹣f＝0，
在垂直斜面方向，有：N﹣Mgcosθ＝0，
其中：f＝μN，
联立解得：μ＝tanθ；
当挂钩挂重物后，对球形物体和所挂重物整体，在平行斜面方向：F合＝（M+m）gsinθ﹣μN′，
垂直斜面方向：N′＝（M+m）gcosθ，
联立解得：F合＝0，故整体依然做匀速直线运动；A符合题意B不符合题意；
CD、由上面的分析知：不挂重物时，f＝μMgcosθ，N＝Mgcosθ，
当挂钩挂重物后，f′＝μ（M+m）gcosθ，N′＝（M+m）gcosθ，所以摩擦力变大，弹力变大，CD不符合题意；
故答案为：A。
对物体进行受力分析，在沿斜面方向和垂直于斜面两个方向上分解，在沿斜面方向利用牛顿第二定律求解物体的加速度，进而分析物体的运动情况。
6.【答案】
C
【解析】解：A与木板间的最大静摩擦力为：fA＝μmAg＝0.3×2×10N＝6N
B与木板间的最大静摩擦力为：fB＝μmBg＝0.3×4×10N＝12N
当B刚要相对木板滑动时静摩擦力达到最大值，对B，由牛顿第二定律得：μmBg＝mBaB
对对B与木板整体，有：F合＝（m+mB）aB
联立解得：F合＝12N
因为fA＜F合
，
所以无论F多大，物块B与木板相对静止。
当A刚要相对木板滑动时静摩擦力达到最大值，对B与木板整体有：μmAg＝（m+mB）aA
对A、B和木板整体有：
F0＝（m+mA+mB）aA
解得：F0＝8N
所以，当F≤8N时，A与木板相对静止。
A、F＝6N＜F0
，
A、B两物块和木板保持相对静止，整体在F作用下向左匀加速运动，加速度为：a＝
＝
m/s2＝0.75m/s2
，
A不符合题意；
B、F＝7N＜F0
，
A、B两物块和木板保持相对静止，B不符合题意；
C、由上分析知，当F＝10N时，物块B与木板相对静止，C符合题意；
D、F＝12N＞F0
，
则A与木板发生相对滑动，对B与木板整体，有：μmAg＝（m+mB）a′
对B有
f＝mBa′，解得B物块所受摩擦力大小为
f＝4N，D不符合题意。
故答案为：C。
分别对两个物体进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程，两个物体发生相对运动，即具有不同的加速度，两个物体不发生相对运动，即具有相同的加速度，联立求解即可。
7.【答案】
C
【解析】解：设滑块质量为m，斜面倾角为α，A点到最高点距离为s。滑块上滑和下滑的加速度分别为a上和a下
，
根据牛顿第二定律，可得：mgsinα+μmgcosα＝ma上…①
mgsinα﹣μmgcosα＝ma下…②
由①②式，解得a上＝gsinα+μgcosα，a下＝gsinα﹣μgcosα，∴a上＞a下。
由公式
，可得：
…③
…④
由③④式结合a上与a下大小关系，可知vA1＞vA2…⑤
由⑤式可知，从A点上滑到最高点的平均速度要大于从最高点下滑到A点的平均速度，故从A上上滑到最高点的时间小于从最高点下滑到A点的时间，
即从A点到最高点的时间小于
。
综上所述，C符合题意，其他选项错误。
故答案为：C。
对物体进行受力分析，在沿斜面方向和垂直于斜面两个方向上分解，在沿斜面方向利用牛顿第二定律求解物体的加速度，结合物体运动的位移，利用运行学公式求解运动的时间即可。
8.【答案】
D
【解析】A．由于水平方向受到空气阻力，不是平抛运动，A不符合题意；
BC．竖直方向为自由落体运动，由
得
由于球竖直地落入A穴，故水平方向为末速度为零匀减速直线运动，根据运动学公式，有
0=v0﹣at
解得
BC不符合题意；
D．由于
由牛顿第二定律可得F=ma
由上述各式可解得
D符合题意。
故答案为：D。
小球在水平方向做匀加速运动，在竖直方向做自由落体运动，对物体进行受力分析，利用牛顿第二定律求解物体的加速度，结合运动学该公式和选项分析求解即可。
9.【答案】
A
【解析】AC．小球沿光滑曲面下滑的过程中，速度不断增加，对整体受力分析，受到重力、支持力和向左的静摩擦力，如图
根据牛顿第二定律，有f=max
（M+m）g-N=may
解得N=（M+m）g-may＜（M+m）g
A符合题意，C不符合题意；
B．开始时小球加速下降，处于失重状态，B不符合题意；
D．小球从最高点滑向最低点的运动过程中，小球运动的速度大小不断增加，方向不断改变，D不符合题意。
故答案为：A。
物体具有向上的加速度，为超重状态；物体具有向下的加速度，为失重状态；对凹槽进行受力分析，在重力、支持力、压力和摩擦力的作用下，物体处于平衡状态，合力为零，根据该条件列方程分析求解即可。
10.【答案】
B
【解析】解：A、对B、C整体受力分析，受重力、支持力，B、C沿斜面匀加速下滑，加速度沿斜面方向，则A、B间摩擦力不为零，A不符合题意；
B、如果B的上表面是光滑的，倾角也为θ，C可能只受两个力作用，B符合题意；
C、选A、B、C整体为研究对象，根据牛顿第二定律可知，A加速度大小为gsin
θ，C不符合题意；
D、对斜面体分析，斜面体受重力、地面的支持力，ABC整体对斜面的压力，由于斜面体处于静止，则斜面体受地面的摩擦力水平向左，D不符合题意。
故答案为：B
三个物体具有相同的加速度，分别对三个物体进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程，结合选项分析求解即可。
11.【答案】
D
【解析】解：当纸板相对砝码运动时，设砝码的加速度为a1
，
纸板的加速度为a2
，
则根据牛顿第二定律得：
对砝码有
f1＝μ?2mg＝2ma1
得：
，
对纸板有
F﹣f1﹣f2＝m2a2
发生相对运动需要纸板的加速度大于砝码的加速度，即：a2＞a1
所以：F＝f1+f2+m2a2＞f1+f2+m2a1＝μ?2mg+μ?3mg+μmg＝6μmg
即：F＞6μmg
故答案为：D
分别对两个物体进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程，两个物体发生相对运动，即具有不同的加速度，联立求解即可。
12.【答案】
D
【解析】解：由题意可知，小球恰好能滚出圆弧槽时，小球受到重力与A对小球的支持力；
对小球受力分析，则有如下图，
由牛顿第二定律，可得：ma＝
，
解得：a＝gcotα＝
g；
球与圆弧槽有相同的加速度，则整体法可知：F＝（m+m）a＝（m+m）gcotα；
对重物C：Mg﹣F＝Ma
联立可得：M＝（
）m
ABC不符合题意，D符合题意
故答案为：D。
分别对小球和支持面、重物进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程求解重物的质量。
13.【答案】
B
【解析】解：因为v2＞v1
，
小物块从右端滑上传送带后可能一直做匀减速直线运动，到达左端时速度还没有减为零。
也可能小物块从右端滑上传送带后，先向左做匀减速直线运动，速度减为零后，返回向右做匀加速直线运动，加速度大小不变，当速度达到传送带的速度后，做匀速直线运动，结合v﹣t图象的斜率表示加速度，知B图是可能的，B符合题意，ACD不符合题意。
故答案为：B
对物体进行受力分析，利用牛顿第二定律求解物体的加速度，v-t图像中，横坐标为时间，纵坐标为速度，图像与时间轴所围成的面积是位移，图像的斜率是加速度，结合选项分析即可。
14.【答案】
C
【解析】设物块对斜面的压力为N，物块m相对斜面的加速度为a1
，
斜面的加速度为a2
，
方向向左；则物块m相对地面的加速度为
由牛顿第二定律得
对m有
对M有
解得
故C符合题意，ABD不符合题意。
故答案为：C。
利用加速度的分解结合牛顿第二定律可以求出物块对斜面的压力大小。
15.【答案】
C
【解析】在水平牵引力的作用下，小车向右做匀加速运动，取小球为研究对象受力分析
由牛顿第二定律可得
解得
取小车和小球整体为研究对象，由牛顿第二定律可得
撤去牵引力后，小车继续向右做匀减速直线运动，取小球受力分析
由牛顿第二定律可得
取整体为研究对象，由牛顿第二定律可得
联立可得
由以上分析可知C符合题意，ABD不符合题意。
故答案为：C。
对物体进行受力分析，水平竖直正交分解，在水平方向利用牛顿第二定律求解拉力即可。
16.【答案】
A
【解析】钢件从a匀速运动到b，对钢件受力分析得到：
；从b匀速运动到c，有：
；从c匀速运动到d，有：
；由于
，故
，A符合题意，BCD不符合题意。
故答案为：A
对小球进行受力分析，在重力、浮力和阻力的作用下，小球处于平衡状态，合力为零，根据该条件列方程分析求解拉力大小。
17.【答案】
（1）解：根据
解得
故物体3s末速度的大小为
（2）解：根据牛顿第二定律可知
带入数据解得
（3）解：若3s末撤去拉力，此时物体做匀减速运动，加速度为
根据
解得
【解析】（1）根据位移时间的关系公式列式求解即可。
（2）受力分析，根据牛顿第二定律列式求解即可。
（3）根据牛顿第二定律求加速度，根据位移速度关系公式求位移。
18.【答案】
（1）解：由图2可知0~26s内物体匀速运动，26s~34s物体减速运动，在减速运动过程根据牛顿第二定律有
根据图2得此时FT=1975N，则有
方向竖直向下。
（2）解：结合图2根据运动学公式有
（3）解：根据图像可知匀速上升的位移
匀减速上升的位移
匀加速上升的位移为总位移的
，则匀速上升和减速上升的位移为总位移的
，则有
所以总位移为h=40m
【解析】（1）对物体进行受力分析，利用牛顿第二定律求解物体的加速度；
（2）结合电梯的加速度和加速时间求解电梯的末速度，即匀速运动的速度；
（3）分析电梯的运动过程，先加速、再匀速，最后减速，结合每一段运动的位移相加即可。
19.【答案】
（1）解：在M点，设运动员在ABCD面内垂直AD方向的分速度为v1
，
由运动的合成与分解规律得
???????????
①
设运动员在ABCD面内垂直AD方向的分加速度为a1
，
由牛顿第二定律得mgcos17.2°=ma1???????????
②
由运动学公式得
???????????
③
联立①②③式，代入数据得d=4.8
m???????????
④
（2）解：在M点，设运动员在ABCD面内平行AD方向的分速度为v2
，
由运动的合成与分解规得v2=vMcos72.8°???????
⑤
设运动员在ABCD面内平行AD方向的分加速度为a2
，
由牛顿第二定律得mgsin17.2°=ma2???????????
⑥
设腾空时间为t，由运动学公式得
???????????
⑦
???????????
⑧
联立①②⑤⑥⑦⑧式，代入数据得L=12
m???????????
⑨
【解析】运动员做斜抛运动，运动员的速度分解到沿斜面方向和垂直于斜面方向，利用牛顿第二定律求解两个方向上的加速度，结合运动学公式求解距离d和MN的长度即可。
20.【答案】
（1）解：假设货箱在传送带上一直加速运动，根据牛顿第二定律
从A到B所用时间，根据
解得
到达B点的速度
由于
假设成立，货箱在传送带上一直加速运动，转过B到达斜面底端时，由题意可知
在斜面减速上升的过程中，根据动能定理
解得
（2）解：3s时间内，第一个货箱已越过B点，第二个货箱恰好到达B点，第三个货箱在传送带上运动时间为1s，因此
所有货箱与传送带的摩擦产生的热量
【解析】（1）对物体进行受力分析，利用牛顿第二定律求解物体的加速度，利用运动学公式求解位移，结合动能定理求解动摩擦力因数即可；
（2）利用运动学公式求解物体与传送带的相对位移，摩擦力产生的热量用摩擦力的大小乘以两物体相对运动的距离即可。