2020-2021物理第一冊4-5 牛頓運動定律的應(yīng)用含解析

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精2020-2021學(xué)年新教材物理人教版必修第一冊課時作業(yè)：4-5牛頓運動定律的應(yīng)用含解析課時作業(yè)18牛頓運動定律的應(yīng)用時間：45分鐘一、單項選擇題1．放在粗糙水平面上的物體,在水平拉力F的作用下以加速度a運動,現(xiàn)將拉力F改為2F（仍然水平方向),物體運動的加速度大小變?yōu)閍′.則(D)A．a(chǎn)′＝a B．a(chǎn)<a′〈2aC．a(chǎn)′＝2a D．a(chǎn)′〉2a解析：根據(jù)牛頓第二定律，當(dāng)拉力為F時,加速度a＝eq\f（F－f，m)。當(dāng)拉力改為2F時，其加速度a′＝eq\f（2F－f,m),所以a′〉2a，D正確．2.如圖所示，質(zhì)量m＝10kg的物體在水平面上向左運動，物體與水平面間的動摩擦因數(shù)為0.2，與此同時物體受到一個水平向右的推力F＝20N的作用，則物體產(chǎn)生的加速度是(g取10m/s2)(D）A．0 B．4m/s2，水平向左C．2m/s2，水平向左 D．4m/s2，水平向右解析：因物體向左運動，故受水平向右的滑動摩擦力作用，F(xiàn)合＝F＋Ff＝F＋μmg＝ma，代入數(shù)據(jù)得a＝4m/s2，方向向右，D項正確．3．如圖所示，AD是固定斜面體底邊BC的高,F，G分別是光滑斜面AB，AC的中點，DE垂直于AB，DH垂直于AC,甲、乙兩個小球（均視為質(zhì)點）從斜面的頂點A分別沿斜面AB，AC同時由靜止下滑，下列說法正確的是（B)A．當(dāng)甲球運動到E點時,乙球可能運動到AG間某點B．當(dāng)甲球運動到E點時，乙球一定運動到H點C．當(dāng)甲球運動到F點時，乙球一定運動到G點D．當(dāng)甲球運動到F點時，乙球一定運動到H點解析：設(shè)AB面的傾角為α，AC面的傾角為β,AE＝s，AF＝s1，則α＋β＝90°,sinα＝cosβ，由牛頓第二定律得：甲球運動的加速度a甲＝eq\f(m甲gsinα,m甲）＝gsinα，乙球運動的加速度a乙＝eq\f(m乙gsinβ，m乙)＝gsinβ，當(dāng)甲球運動到E點時，有s＝eq\f（1，2）a甲teq\o\al（2，甲),得t甲＝eq\r（\f(2s，a甲))＝eq\r（\f(2s,gsinα））；同時，乙球下滑的位移s′＝eq\f(1，2）a乙teq\o\al（2，甲)＝eq\f(1，2)gsinβ·eq\f(2s，gsinα)＝stanβ，根據(jù)幾何關(guān)系知,∠EAD＝β，stanβ＝ED＝AH,所以當(dāng)甲球運動到E點時,乙球一定運動到H點，故A錯誤，B正確．設(shè)AF＝s1,當(dāng)甲球運動到F點時，由s1＝eq\f（1，2）a甲t甲′2得t甲′＝eq\r(\f（2s1,gsinα）)，同時，乙球下滑的位移s1′＝eq\f(1,2）a乙t甲′2＝eq\f(1，2)gsinβ·eq\f（2s1，gsinα)＝s1tanβ.可知,當(dāng)甲球運動到F點時，乙球一定運動到HC之間的某點，故C、D錯誤．故選B．4．質(zhì)量為0。8kg的物體在一水平面上運動，如圖a、b分別表示物體受到水平拉力作用和不受拉力作用的v－t圖象，則拉力與摩擦力之比為（B）A．98 B．32C．21 D．43解析:由v－t圖象知，圖線a為僅受摩擦力的運動，加速度大小a1＝1。5m/s2；圖線b為受水平拉力和摩擦力的運動，加速度大小a2＝0。75m/s2.列方程ma1＝Ff，ma2＝F－Ff，解得,eq\f（F，F(xiàn)f）＝eq\f（3，2).5。質(zhì)量為2kg的物體靜止在足夠大的水平地面上，物體與地面間的動摩擦因數(shù)為0。2，最大靜摩擦力與滑動摩擦力大小視為相等．從t＝0時刻開始，物體受到方向不變、大小呈周期性變化的水平拉力F的作用，F(xiàn)隨時間t的變化規(guī)律如圖所示．重力加速度g取10m/s2，則物體在t＝0至t＝12s這段時間的位移大小為(B)A．18m B．54mC．72m D．198m解析:物體所受摩擦力為Ff＝μmg＝0。2×2×10N＝4N，因此前3s內(nèi)物體靜止。3～6s，a＝eq\f（F－Ff，m）＝eq\f(8－4,2)m/s2＝2m/s2,x1＝eq\f（1，2)at2＝eq\f（1,2）×2×9m＝9m．6～9s,物體做勻速直線運動,x2＝v1t＝at·t＝2×3×3m＝18m．9～12s,物體做勻加速直線運動,x3＝v1t＋eq\f(1,2）at2＝6×3m＋eq\f(1，2)×2×9m＝27m．x總＝x1＋x2＋x3＝9m＋18m＋27m＝54m，選項B正確．二、多項選擇題6．如圖所示，傳送帶的水平部分長為L，傳動速率為v,在其左端無初速度釋放一個小木塊,若木塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為μ，則木塊從左端運動到右端的時間可能是（CD）A。eq\f(L，v)＋eq\f(v，μg） B．eq\f（L,v)C。eq\r（\f（2L,μg）） D．eq\f(2L,v)解析:因木塊運動到右端的過程不同，對應(yīng)的時間也不同,若一直勻加速至右端，則L＝eq\f(1,2）μgt2，得：t＝eq\r（\f（2L,μg）)，C正確;若一直加速到右端時的速度恰好與傳送帶速度v相等，則L＝eq\f（0＋v,2)t，有t＝eq\f(2L，v）,D正確；若先勻加速到傳送帶速度v,再勻速到右端，則eq\f(v2，2μg）＋veq\b\lc\（\rc\)(\a\vs4\al\co1(t－\f(v,μg)））＝L，有t＝eq\f(L,v）＋eq\f（v，2μg),A錯誤;木塊不可能一直勻速至右端,B錯誤．7．質(zhì)量為m的小球放在光滑水平面上，在豎直線MN的左方受到水平恒力F1作用（m可視為質(zhì)點)，在MN右方除受F1外還受到與F1在同一條直線上的水平恒力F2的作用，現(xiàn)設(shè)小球由A點靜止開始運動，如圖甲所示,小球運動的v－t圖象如圖乙所示．由圖可知下列說法正確的是(AD)A．小球在MN右方加速度大小為eq\f（v1,t3－t2)B．F2的大小為eq\f(2mv1，t3－t1)C．小球在MN右方運動時間為t4－t2D．小球在t＝0到t＝t4這段時間內(nèi)最大位移為eq\f（1,2)v1t2解析：由題圖乙可知圖象斜率的絕對值為加速度的大小，選項A正確；由F2－F1＝ma2＝meq\f（2v1，t3－t1)可知，選項B錯誤；由圖象可知小球在MN右方運動的時間為t3－t1，選項C錯誤；由圖象的面積可知，小球在t＝0到t＝t4這段時間最大位移為eq\f(1,2)v1t2，選項D正確．8.如圖所示，bc為固定在小車上的水平橫桿，物塊M串在桿上，靠摩擦力保持相對桿靜止，M又通過輕細(xì)線懸吊著一個小鐵球m，此時小車正以大小為a的加速度向右做勻加速運動，而M、m均相對小車靜止，細(xì)線與豎直方向的夾角為θ。小車的加速度逐漸增大，M始終和小車保持相對靜止，當(dāng)加速度增加到2a時（AB）A．橫桿對M的摩擦力增加到原來的2倍B．橫桿對M的彈力不變C．細(xì)線與豎直方向的夾角增加到原來的2倍D．細(xì)線的拉力增加到原來的2倍解析：取M、m為一整體，由牛頓第二定律可知，橫桿對M的摩擦力Ff＝（M＋m）a，橫桿對M的支持力FN＝（M＋m）g，當(dāng)加速度增加到2a時,Ff增加到原來的2倍，而FN不變,故A、B均正確;對m受力分析,設(shè)細(xì)繩的拉力為FT,則有：FTcosθ＝mg,FTsinθ＝ma，tanθ＝eq\f(a,g），F(xiàn)T＝eq\r（mg2＋ma2)，可見當(dāng)a變?yōu)?a時,tanθ值加倍，但θ并不增加到原來的2倍，F(xiàn)T也不增加到原來的2倍，故C、D均錯誤．三、非選擇題9.如圖所示，在傾角為θ的光滑斜面上有兩個用輕質(zhì)彈簧相連接的物塊A、B,它們的質(zhì)量分別為mA、mB，彈簧的勁度系數(shù)為k，C為一固定擋板，系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)．現(xiàn)開始用一恒力F沿斜面方向拉物塊A使之向上運動，重力加速度為g.求物塊B剛要離開C時物塊A的加速度a和從開始到此時物塊A的位移D．解析：令x1表示未加F時彈簧的壓縮量，由胡克定律和牛頓第二定律可知mAgsinθ＝kx1.①令x2表示B剛要離開C時彈簧的伸長量，由胡克定律和牛頓第二定律可知kx2＝mBgsinθ。②F－mAgsinθ－kx2＝mAa.③由②③式可得a＝eq\f（F－mA＋mBgsinθ,mA)。④由題意d＝x1＋x2。⑤由①②⑤式可得d＝eq\f（mA＋mBgsinθ，k）.答案：eq\f（F－mA＋mBgsinθ，mA）eq\f(mA＋mBgsinθ，k）10．一質(zhì)量為60kg的跳傘運動員做低空跳傘表演，他在離地面224m高處，由靜止開始在豎直方向做自由落體運動．一段時間后，立即打開降落傘，以12.5m/s2的平均加速度勻減速下降，為了運動員的安全，要求運動員落地速度最大不得超過5m/s(g取10m/s2），求：（1)運動員展開傘時，離地面高度至少為多少？(2）運動員展開傘后，所受到的阻力為多少？(3）運動員在空中的最短時間是多少?解析:(1)設(shè)運動員做自由落體運動的高度為h時速度為v,此時打開傘開始勻減速運動，落地時速度剛好為5m/s，這種情況運動員在空中運動時間最短，則有v2＝2gh①veq\o\al(2,t）－v2＝2a（H－h(huán))②由①②兩式解得，h＝125m，v＝50m/s。為使運動員安全著地，他展開傘時的高度至少為H－h(huán)＝224m－125m＝99m。（2)由牛頓第二定律得，F(xiàn)f－mg＝ma，代入數(shù)據(jù)可解得，F(xiàn)f＝1350N。（3)他在空中自由下落的時間為t1＝eq\r(\f(2h，g））＝eq\r(\f(2×125,10))s＝5s.他減速運動的時間為t2＝eq\f（H－h(huán)，\x\to(v）)＝eq\f(H－h(huán)，\f(v＋vt,2）)＝eq\f(224－125,\f(50＋5，2)）s＝3.6s。他在空中的最短時間為t＝t1＋t2＝8。6s。答案：（1)99m(2）1350N（3）8。6s11.如圖所示，靜止在水平面上質(zhì)量m＝0.2kg的小車在F＝1.6N的水平恒力作用下從D點啟動，運動一段時間后撤去F。當(dāng)小車在水平面上運動了x＝3。28m時到達(dá)C點,速度達(dá)到v＝2.4m/s。已知車與水平面間的動摩擦因數(shù)μ＝0。4.（g取10m/s2）求:（1)恒力F作用的距離x1；（2)小車在CD間運動的時間t.解析:在加速運動過程中由牛頓第二定律得：F－μmg＝ma1①由運動學(xué)公式得：x1＝eq\f（1，2)a1teq\o\al(2，1），v1＝a1t1②在減速運動過程中由牛頓第二定律得：μmg＝ma2③由運動學(xué)公式得：veq\o\al（2,1)－v2＝2a2(x－x1)④得：x1＝2m，t1＝1s由：v1－v＝a2t2得,t2＝0.4s，t＝t1＋t2＝1。4s.答案：(1)2m（2)1.4s12．航模興趣小組設(shè)計出一架遙控飛行器，其質(zhì)量m＝2kg，動力系統(tǒng)提供的恒定升力F＝28N．試飛時，飛行器從地面由靜止開始豎直上升．設(shè)飛行器飛行時所受的阻力大小不變．(1)第一次試飛中，飛行器飛行t1＝8s時到達(dá)的高度H＝64m，求飛行器所受阻力Ff的大小;（2)第二次試飛中，飛行器飛行t2＝6s時遙控器出現(xiàn)故障,飛行器立即失去升力，求飛行器能達(dá)到的最大高度h.解析:(1)第一次飛行中,設(shè)加速度為a1由H＝eq\f(1，2)a1teq\o\al(2，1)得，a1＝2m/s2由牛頓第二定律得,F－mg－Ff＝ma1解得，F(xiàn)f＝4N.（2）第二次飛行中，設(shè)失去升力時的速度為v1，上升的高度為x1