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1、2022年高考物理總復(fù)習(xí) 專題2 牛頓運(yùn)動定律的應(yīng)用(一)課時(shí)作業(yè)(含解析)
一、單項(xiàng)選擇題
1.(xx ·增城調(diào)研)在探究超重和失重規(guī)律時(shí),體重為G的某同學(xué)站在一壓力傳感器上,傳感器和計(jì)算機(jī)相連.某同學(xué)完成了一次下蹲動作,經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后得到壓力F隨時(shí)間t變化的圖象.下列圖象中符合情景的是( )
【答案】D
【解析】對人的運(yùn)動過程分析可知,人在加速下蹲的過程中,有向下的加速度,處于失重狀態(tài),此時(shí)人對傳感器的壓力小于人的重力的大??;
在減速下蹲的過程中,加速度方向向上,處于超重狀態(tài),此時(shí)人對傳感器的壓力大于人的重力的大小,A、B、C錯(cuò)誤;所以D正確.
2.如圖1所示,一個(gè)箱子中
2、放有一物體.已知靜止時(shí)物體對下底面的壓力等于物體的重力,且物體與箱子上底面剛好接觸.現(xiàn)將箱子以初速度v0豎直向上拋出,已知箱子所受空氣阻力與箱子運(yùn)動的速率成正比,且箱子運(yùn)動過程中始終保持圖示姿態(tài).則下列說法正確的是( )
圖1
A.上升過程中,物體對箱子的下底面有壓力,且壓力越來越小
B.上升過程中,物體對箱子的上底面有壓力,且壓力越來越大
C.下降過程中,物體對箱子的下底面有壓力,且壓力可能越來越大
D.下降過程中,物體對箱子的上底面有壓力,且壓力可能越來越小
【答案】C
【解析】對箱子和物體整體在上升過程中受力分析,如圖所示:
由牛頓第二定律可知,Mg+kv=Ma,則
3、a=g+,又整體向上做減速運(yùn)動v減小,所以a減??;再對物體單獨(dú)進(jìn)行受力分析,如圖所示:
因a>g,所以物體受到箱子上底面向下的彈力FN,由牛頓第二定律可知,
mg+FN=ma,則FN=ma-mg,而a減小,則FN減小,所以上升過程中物體對箱子上底面有壓力且壓力越來越??;同理,當(dāng)箱子和物體下降時(shí),物體對箱子下底面有壓力且壓力越來越大.C正確.
3.(xx·重慶)如圖2甲為伽利略研究自由落體運(yùn)動實(shí)驗(yàn)的示意圖.讓小球由傾角為θ的光滑斜面滑下,然后在不同的θ角條件下進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn),最后推理出自由落體運(yùn)動是一種勻加速直線運(yùn)動.分析該實(shí)驗(yàn)可知,小球?qū)π泵娴膲毫?、小球運(yùn)動的加速度和重力加速度與各自最
4、大值的比值y隨θ變化的圖象分別對應(yīng)圖2乙中的( )
圖2
A.①②和③ B.③②和①
C.②③和① D.③①和②
【答案】B
【解析】本題考查的是受力分析、牛頓第二定律和力的合成與分解,主要考查考生的分析能力.難度中等.小球沿斜面向下運(yùn)動的過程中,由重力沿斜面向下的分力提供加速度,即a=gsin θ,加速度隨著傾角的增大而增大,因此加速度與其最大值的比值隨 θ變化的關(guān)系圖象為圖線②,重力加速度與其最大值的比值與傾角無關(guān),為圖線①,由受力分析可知小球?qū)π泵娴恼龎毫閙gcos θ,隨著夾角的增大而減小,小球?qū)π泵娴膲毫εc其最大值的比值隨 θ變化的關(guān)系圖象為圖線③,選項(xiàng)B正確.
5、
4.(xx·北京模擬)幾位同學(xué)為了探究電梯啟動和制動時(shí)的加速度大小,他們將體重計(jì)放在電梯中.一位同學(xué)站在體重計(jì)上,然后乘坐電梯從1層直接到10層,之后又從10層直接回到1層.并用照相機(jī)進(jìn)行了相關(guān)記錄,如圖3所示.他們根據(jù)記錄,進(jìn)行了以下推斷分析,其中正確的是( )
圖3
A.根據(jù)圖2和圖3可估測出電梯向上啟動時(shí)的加速度
B.根據(jù)圖1和圖2可估測出電梯向上制動時(shí)的加速度
C.根據(jù)圖1和圖5可估測出電梯向下制動時(shí)的加速度
D.根據(jù)圖4和圖5可估測出電梯向下啟動時(shí)的加速度
【答案】C
【解析】由圖1可知該同學(xué)的體重約為47 kg,根據(jù)圖1、圖2可估算出電梯向上啟動時(shí)的加速度,根
6、據(jù)圖1、圖5可估算出電梯向下制動時(shí)的加速度,而根據(jù)圖2與圖3和圖4與圖5無法估算加速度,C正確.
二、雙項(xiàng)選擇題
5.如圖4所示,質(zhì)量為m的小物塊以初速度v0沿足夠長的固定斜面上滑,斜面傾角為θ,物塊與該斜面間的動摩擦因數(shù)μ>tan θ,圖中表示該物塊的速度v和所受摩擦力f隨時(shí)間t變化的圖線(以初速度v0的方向?yàn)檎较?,可能正確的是( )
圖4
【答案】AC
【解析】物塊的運(yùn)動情況是先向上做減速運(yùn)動,所受滑動摩擦力為μmgcos θ,方向沿斜面向下,達(dá)到最高點(diǎn)后由于μ>tan θ即mgsin θ<μmgcos θ,滑塊不會向下滑動,而是保持靜止,靜摩擦力的大小等于重力的下
7、滑分力mgsin θ,小于上滑時(shí)的摩擦力μmgcos θ,所以A、C正確.
6.(xx·浙江)如圖5所示,總質(zhì)量為460 kg的熱氣球,從地面剛開始豎直上升時(shí)的加速度為0.5 m/s2.當(dāng)熱氣球上升到180 m時(shí),以5 m/s的速度向上勻速運(yùn)動.若離開地面后熱氣球所受浮力保持不變,上升過程中熱氣球總質(zhì)量不變,重力加速度g=10 m/s2.關(guān)于熱氣球,下列說法正確的是( )
圖5
A.所受浮力大小為4 830 N
B.加速上升過程中所受空氣阻力保持不變
C.從地面開始上升10 s后的速度大小為5 m/s
D.以5 m/s勻速上升時(shí)所受空氣阻力大小為230 N
【答案】AD
8、【解析】本題考查了牛頓動力學(xué)問題.難度中等.氣球剛剛開始上升時(shí),受浮力和重力,根據(jù)牛頓第二定律得F?。璵g=ma,解得F?。? 830 N,A項(xiàng)正確;因?yàn)闅馇蚴艿降母×椭亓Σ蛔儯詈髿馇蜃鰟蛩龠\(yùn)動,說明氣球受到的阻力大小隨速度的增大而增大,B項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)牛頓第二定律得氣球做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動,假設(shè)氣球做勻加速運(yùn)動,并且運(yùn)動的位移和末速度都與變加速的相同,根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式得氣球做勻加速運(yùn)動加速到5 m/s的時(shí)間t==10 s,所以氣球做變加速運(yùn)動加速到5 m/s的時(shí)間大于10s,C項(xiàng)錯(cuò)誤;氣球最后做勻速運(yùn)動時(shí),根據(jù)平衡條件得F?。璵g-f=0,解得f=230 N,D項(xiàng)正確.
7.(x
9、x·佛山模擬)為了讓乘客乘車更為舒適,某探究小組設(shè)計(jì)了一種新的交通工具,乘客的座椅能隨著坡度的變化而自動調(diào)整,使座椅始終保持水平,如圖6所示.當(dāng)此車減速上坡時(shí),乘客( )
圖6
A.處于失重狀態(tài)
B.重力勢能增加
C.受到向前的摩擦力作用
D.所受力的合力沿斜面向上
【答案】AB
【解析】當(dāng)車減速上坡時(shí),乘客受到向后的摩擦力、支持力和重力,合力方向沿斜面向下,在豎直方向上支持力小于重力,處于失重狀態(tài).選項(xiàng)A、B正確.
8.傳送機(jī)的皮帶與水平方向的夾角為α,如圖7所示,將質(zhì)量為m的物體放在皮帶傳送機(jī)上,隨皮帶一起向下以加速度a(a>gsin α)勻加速直線運(yùn)動,則( )
10、
圖7
A.小物體受到的靜摩擦力的方向一定沿皮帶向上
B.小物體受到的靜摩擦力的方向一定沿皮帶向下
C.小物塊受到的靜摩擦力的大小可能等于mgsin α
D.小物塊受到的靜摩擦力的大小可能等于0
【答案】BC
9.在升降電梯內(nèi)的地面上放一體重計(jì),電梯靜止時(shí),曉敏同學(xué)站在體重計(jì)上,體重計(jì)示數(shù)為50 kg.電梯運(yùn)動過程中,某一段時(shí)間內(nèi)曉敏同學(xué)發(fā)現(xiàn)體重計(jì)示數(shù)如圖8所示,重力加速度為g,在這段時(shí)間內(nèi)下列說法中正確的是( )
圖8
A.曉敏同學(xué)所受的重力變小了
B.曉敏對體重計(jì)的壓力等于體重計(jì)對曉敏的支持力
C.電梯一定在豎直向下運(yùn)動
D.電梯的加速度大小為,方向一定豎直
11、向下
【答案】BD
【解析】曉敏在這段時(shí)間內(nèi)處于失重狀態(tài),是由于曉敏對體重計(jì)的壓力變小了,而曉敏的重力沒有改變,A錯(cuò);曉敏對體重計(jì)的壓力與體重計(jì)對曉敏的支持力是一對作用力與反作用力,大小一定相等,B正確;以豎直向下為正方向,有mg-FN=ma,解得a=,方向豎直向下,但速度方向可能是豎直向上,也可能是豎直向下,C錯(cuò),D正確.
10.如圖9所示,升降機(jī)天花板上用輕彈簧懸掛一物體,升降機(jī)靜止時(shí)彈簧伸長10 cm,運(yùn)動時(shí)彈簧伸長9 cm,則升降機(jī)的運(yùn)動狀態(tài)可能是( )
圖9
A.以a=1 m/s2的加速度加速下降
B.以a=9 m/s2的加速度加速上升
C.以a=1 m/s2的加
12、速度減速上升
D.以a=9 m/s2的加速度減速下降
【答案】AC
【解析】當(dāng)升降機(jī)靜止時(shí)有kx1=mg,其中k為彈簧的勁度系數(shù),x1=0.1 m;當(dāng)彈簧伸長量x2為0.09 m時(shí),設(shè)升降機(jī)加速度為a,加速度方向必向下,由牛頓第二定律有mg-kx2=ma,解得a=1 m/s2,方向向下,故可判定A、C正確.
三、非選擇題
11.傳送帶以恒定速度v=4 m/s順時(shí)針運(yùn)行,傳送帶與水平面的夾角θ=37°.現(xiàn)將質(zhì)量m=2 kg的小物品輕放在其底端(小物品可看成質(zhì)點(diǎn)),平臺上的人通過一根輕繩用恒力F=20 N拉小物品,經(jīng)過一段時(shí)間物品被拉到離地面高為H=1.8 m的平臺上,如圖10所示.已知
13、物品與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)μ=0.5,設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,g取10 m/s2,已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8.問:
圖10
(1)物品從傳送帶底端運(yùn)動到平臺上所用的時(shí)間是多少?
(2)若在物品與傳送帶達(dá)到同速瞬間撤去恒力F,求物品還需多少時(shí)間離開傳送帶?
【答案】(1)1 s (2)(2-) s
【解析】(1)物品在達(dá)到與傳送帶速度
v=4 m/s相等前,有:
F+μmgcos 37°-mgsin 37°=ma1
解得a1=8 m/s2
由v=a1t1
得t1=0.5 s
位移s1==1 m
隨后有:
F-μmgcos 37°-mg
14、sin 37°=ma2
解得a2=0,即物品隨傳送帶勻速上升
位移s2=-s1=2 m
t2==0.5 s
總時(shí)間為t=t1+t2=1 s.
(2)撤去恒力F后有:
μmgcos 37°-mgsin 37°=ma3
a3=-2 m/s2
假設(shè)物品向上勻減速到速度為0時(shí),通過的位移為s
s==4 m>s2
由s2=vt3+
得:t3=(2-) s[t3=(2+) s>1 s舍去
12.如圖11甲所示,質(zhì)量為m=1 kg的物體置于傾角為θ=37°的固定斜面上(斜面足夠長),對物體施加平行于斜面向上的恒力F,作用時(shí)間t1=1 s時(shí)撤去拉力,物體運(yùn)動的部分v-t圖象如圖乙所示,
15、取g=10 m/s2.試求:
甲 乙
圖11
(1)物體與斜面間的動摩擦因數(shù)和拉力F的大??;
(2)t=6 s時(shí)物體的速度,并在乙圖上將t=6 s內(nèi)物體運(yùn)動的v-t圖象補(bǔ)畫完整,要求標(biāo)明有關(guān)數(shù)據(jù).
【答案】(1)μ=0.5 F=30 N (2)見解析
【解析】(1)設(shè)撤去拉力前物體的加速度大小為a1,撤去拉力后物體沿斜面繼續(xù)上滑的加速度大小為a2.由v-t圖象可知:a1= m/s2=20 m/s2
a2= m/s2=10 m/s2
對物體在撤去拉力前用牛頓第二定律得
F-mgsin 37°-μmgcos 37°=ma1
對物體在撤去拉力后上滑時(shí)用牛頓第二定律得
mgsin 37°+μmgcos 37°=ma2
解得F=30 N,μ=0.5.
(2)加速上滑的時(shí)間t1=1 s,撤去拉力時(shí)的速度為v=20 m/s.設(shè)再經(jīng)過t2速度減至0.由0=v-a2t2得t2=2 s.
在最高點(diǎn)時(shí),因mgsin 37°>μmgcos 37°,故物體將沿斜面加速下滑,設(shè)加速度大小為a3.
據(jù)牛頓第二定律得
mgsin 37°-μmgcos 37°=ma3
解得a3=2 m/s2
再經(jīng)過3 s物體的速度大小為6 m/s,方向沿斜面向下,補(bǔ)畫完整后的圖線及有關(guān)數(shù)據(jù)如圖所示.