2017届高中物理第四章牛顿运动定律4.6用牛顿运动定律解决问题一同步测试含解析新人教必修.docx

46用牛顿定律解决问题(一) (10分钟，10分)1A、B两物体以相同的初速度滑上同一粗糙水平面，若两物体的质量为mAmB，两物体与粗糙水平面间的动摩擦因数相同，则两物体能滑行的最大距离xA与xB相比为()AxAxB BxAxBCxAxB D不能确定【答案】A【解析】通过分析物体在水平面上滑行时的受力情况可以知道，物体滑行时受到的滑动摩擦力mg为合外力，由牛顿第二定律知：mgma得：ag，可见：aAaB.物体减速到零时滑行的距离最大，由运动学公式可得：v2aAxA，v2aBxB，又因为vAvB，aAaB.所以xAxB，A正确2.如右图所示，水平地面上的物体质量为1 kg，在水平拉力F2 N的作用下从静止开始做匀加速直线运动，前2 s内物体的位移为3 m，则物体运动的加速度大小为()A3 m/s2 B2 m/s2C1.5 m/s2 D0.75 m/s2【答案】C【解析】物体从静止开始做匀加速直线运动，前2 s内位移为3 m，设物体加速度为a，则xat2/2，代入数据解得a1.5 m/s2，即物体运动的加速度大小为1.5 m/s2，选项C正确3一个静止在水平地面上的物体，质量是2 kg，在10 N的水平拉力作用下沿水平地面向右运动，物体与水平地面间的动摩擦因数是0.2，g取10 m/s2.求：(1)物体在4 s末的速度；(2)物体在4 s内发生的位移拓展：若4 s末撤去拉力，则物体还能向前滑行多远？再经过多长时间物体停下来？【解】(1)设物体所受支持力为N，所受摩擦力为f，受力分析如图所示，由牛顿第二定律得Ffma1Nmg又fN联立式得a1a13 m/s2设物体4 s末的速度为v1，则v1a1t联立式得v112 m/s(2)设4 s内发生的位移为x1，则x1a1t2联立式得x124 m拓展：4 s末撤去拉力后，所受摩擦力f不变，由牛顿第二定律得fma2联立式得a2g2 m/s2设物体继续滑行的距离为x2，继续滑行的时间为t2，由运动学公式得2a2x2vv1a2t2联立式得x236 m联立式得t26 s4质量m1.5 kg的物块(可视为质点)，在水平恒力F作用下，从水平面上A点由静止开始运动，运动一段距离撤去该力，物块继续滑行t2.0 s后停止在B点，已知A、B两点间的距离x5.0 m，物块与水平面间的动摩擦因数0.20，求恒力F的大小(g取10 m/s2)【答案】15 N【解析】设撤去力F前物块的位移为x1，撤去力F时物块速度为v，物块受到的滑动摩擦力Ffmg.对撤去力F后物块滑动过程中，由牛顿第二定律得Ffmgma2由运动学公式得va2t，v22a2x2撤去力F前，由牛顿第二定律得：FFfma1，由运动学公式得v22a1x1，又x1xx2由以上各式可得F15N. (20分钟，30分)知识点一知道受力情况确定运动情况1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滑动痕迹在某次交通事故中，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为()A7 m/s B14 m/sC10 m/s D20 m/s【答案】B【解析】设汽车刹车后滑动的加速度大小为a，由牛顿第二定律得：mgma，解得：ag，由v2ax，可得汽车刹车前的速度为：v0 m/s14 m/s，因此B正确2如图所示，光滑斜面CA、DA、EA都以AB为底边，三个斜面的倾角分别为75、45、30.物体分别沿三个斜面由斜面顶端从静止滑到底端，下列说法中正确的是()A物体沿DA滑到底端时具有最大速率B物体沿EA滑到底端所需时间最短C物体沿CA下滑，加速度最大D物体沿DA滑到底端所需时间最短【答案】CD【解析】根据牛顿第二定律得mgsinma，解得：agsin，可知倾角越大，加速度越大，所以C对设底边AB长度为d，由2av2得：v，可知倾角越大，滑到底端时速率越大，所以A错由at2得：t，可知倾角为45时，t最小，所以B错，D对3假设洒水车的牵引力不变且所受阻力与车重成正比，未洒水时，车匀速行驶，洒水时它的运动将是()A做变加速运动B做初速度不为零的匀加速直线运动C做匀减速运动D继续保持匀速直线运动【答案】A【解析】akg，洒水时质量m减小，则a变大，所以洒水车做加速度变大的加速运动，故A正确4雨滴从空中由静止落下，若雨滴下落时空气对其的阻力随雨滴下落速度的增大而增大，如图所示的图象能正确反映雨滴下落运动情况的是()【答案】C【解析】对雨滴受力分析，由牛顿第二定律得：mgF阻ma.雨滴加速下落，速度增大，阻力增大，故加速度减小，在vt图象中其斜率变小，故选项C正确5.如图所示，小球P、Q的质量相等，其间用轻弹簧相连，光滑斜面的倾角为，系统静止时，弹簧与轻绳均与斜面平行，则在轻绳被突然剪断的瞬间，下列说法正确的是()A两球的加速度大小均为gsin BQ球的加速度为零CP球的加速度大小为2gsin DP球的加速度方向沿斜面向上，Q球的加速度方向沿斜面向下【答案】BC【解析】在轻绳被突然剪断的瞬间，弹簧的弹力不变，Q球所受的合力不变，加速度为零，选项B正确；但绳子的拉力(2mgsin)立刻变为零，P球所受的合力(弹簧的拉力和重力沿斜面向下的分力)的大小为2mgsin，故P球的加速度大小为2gsin，选项C正确6.如图所示，一水平传送带长为16 m，以2 m/s的速度做匀速运动已知某物体与传送带间的动摩擦因数为0.2，现将该物体由静止轻放到传送带的A端求：(g取10 m/s2)(1)物体被送到另一端B点所需的时间；(2)物体被送到另一端B点时的速度【解】(1)物体从A点由静止释放，物体相对传送带向左运动，因此判断出物体受到的摩擦力方向向右物体在摩擦力的作用下向右做初速度为零的匀加速运动由牛顿第二定律得fma，又fmg，可求出物体的加速度为ag2 m/s2故物体由静止释放到与传送带速度相同所用时间为t11 s此过程物体向右的位移为x1at1 m物体达到与传送带相同速度后，二者没有相对运动，因而不存在摩擦力，物体跟传送带一起匀速运动物体匀速运动到B端所用时间为t27.5 s所以物体从A沿传送带运动到B所需的时间tt1t28.5 s(2)物体到达B点时的速度vB2 m/s知识点二知道运动情况确定受力情况7质量为1吨的汽车在平直公路上以10 m/s的速度匀速行驶阻力大小不变，从某时刻开始，汽车牵引力减小2 000 N，那么从该时刻起经过6 s，汽车行驶的路程是()A50 m B42 mC25 m D24 m【答案】C【解析】牵引力减少2 000 N后，物体所受合力为2 000 N，由Fma，a2 m/s2，汽车需t s5 s停下来，故6 s内汽车前进的路程x m25 m，C正确8.某消防员从一平台上跳下，下落2 m后双脚触地，接着他用双腿弯曲的方式缓冲(如图所示)，使自身重心又下降了0.5 m，在着地过程中地面对他双腿的平均作用力估计为()A自身所受重力的2倍B自身所受重力的5倍C自身所受重力的8倍D自身所受重力的10倍【答案】B【解析】消防队员从平台上跳下，可认为自由下落了2 m，故着地速度为v1 m/s2 m/s，着地后速度v20，设队员着地后的平均加速度为a，由v2v2as得(取向上的方向为正方向)a m/s240 m/s2，设地面对人的平均作用为F，由牛顿第二定律得：Fmgma，所以Fmgma5mg.9某气枪子弹的出口速度达100 m/s，若气枪的枪膛长0.5 m，子弹的质量为20 g，若把子弹在枪膛内的运动看做匀变速直线运动，则高压气体对子弹的平均作用力为()A1102 N B2102 NC2105 N D2104 N【答案】B【解析】根据v22ax，得a m/s21104 m/s2，从而得高压气体对子弹的作用力Fma201031104 N2102 N.10行车过程中，如果车距不够，刹车不及时，汽车将发生碰撞，车里的人可能受到伤害，为了尽可能地减轻碰撞引起的伤害，人们设计了安全带，假定乘客质量为70 kg，汽车车速为90 km/h，从踩下刹车到完全停止需要的时间为5 s安全带对乘客的作用力大小约为(不计人与座椅间的摩擦)()A450 N B400 NC350 N D300 N【答案】C【解析】汽车的速度v090 km/h25 m/s，设汽车匀减速的加速度大小为a，则a5 m/s2，对乘客应用牛顿第二定律得：Fma705 N350 N，所以C正确11一个滑雪的人，质量m75 kg，以v010 m/s的初速度滑上一山坡，山坡的倾角为30，上滑的最大距离x5 m，假设滑雪人受到的阻力恒定，g取10 m/s2.求滑雪人受到的阻力【解】设滑雪人上滑过程的加速度大小为a.则2ax0v代入数据得a10 m/s2设滑雪人受到的阻力为Ff，受力分析如图所示，由牛顿第二定律得mgsin30Ffma解得：Ff375 N【思路点拨】求受力情况的问题要先通过分析运动过程及其性质，依据情境所涉及的已知量及未知量灵活选择运动学规律求出加速度，再通过受力分析并应用牛顿第二定律可求出未知力12.质量为2 kg的物体放在水平地面上，在大小为5 N的倾斜拉力的作用下，物体由静止开始做匀加速直线运动，6 s末的速度是1.8 m/s，已知拉力与水平方向成37的仰角，如图所示，g取10 m/s2，sin370.6.求物体和地面之间的动摩擦因数【解】由vat，得a代入数据得a0.3 m/s2受力分析如图所示，由牛顿第二定律得水平方向：Fcos37FNma竖直方向：Fsin37FNmg联立解得0.2.课后作业时间：45分钟满分：80分班级_姓名_分数_一、选择题1一个物体在水平恒力F的作用下，由静止开始在一个粗糙的水平面上运动，经过时间t速度变为v，如果要使物体的速度变为2v，下列方法正确的是()A将水平恒力增加到2F，其他条件不变B将物体的质量减小一半，其他条件不变C物体的质量不变，水平恒力和作用时间都增加到原来的两倍D将时间增加到原来的2倍，其他条件不变【答案】D【解析】由Fmgma和vat可判断A、B、C三项，均不能满足要求，D项满足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滑动痕迹在某次交通事故中，汽车的刹车线长度是15 m，假设汽车轮胎与地面间的动摩擦因数恒为0.75，该路段限速60 km/h，g取10 m/s2，则汽车刹车前的速度以及是否超速的情况是()A速度为7.5 m/s，超速B速度为15 m/s，不超速C速度为15 m/s，超速D速度为7.5 m/s，不超速【答案】B【解析】设汽车刹车后滑动时的加速度大小为a，由牛顿第二定律得：mgma，解得：ag.由匀变速直线运动的速度位移关系式v2ax，可得汽车刹车前的速度为v015 m/s54 km/h60 km/h，所以不超速，因此B正确3如图所示，在质量为mB4 kg的车厢B内某位置，放一质量mA2 kg的小物体A(可视为质点)，A、B一起以2 m/s的速度匀速向右运动，地面光滑，现车厢B受到一个水平向右的恒力F22 N，使之开始加速，测得车厢B在开始加速的前2 s内移动了12 m，且这段时间内小物体未与车厢壁发生过碰撞则下列结论正确的是()A车厢B在2 s内的加速度为4 m/s2BA的加速度大小为m/s2C2 s内A在B内滑动的距离是2 mDA在2 s末的速度大小是8 m/s【答案】ACD【解析】根据位移公式xv0tat2，代入数据可得a4 m/s2，选项A正确；设A、B之间的摩擦力大小为f，则FfmBa，可得f6 N，A的加速度大小为aAf/mA3 m/s2，选项B错误；2 s内A对地位移是sv0taAt210 m，那么A在B上滑动的距离为12 m10 m2 m，选项C正确；A在2 s末的速度大小是vv0aAt8 m/s，选项D正确4飞船返回地球时，为了保证宇航员的安全，靠近地面时会放出降落伞进行减速若返回舱离地面5 km时，速度方向竖直向下，大小为250 m/s，要使返回舱最安全、最理想着陆，则放出降落伞后返回舱应获得的加速度及降落伞产生的阻力与返回舱重力的比值分别为(设放出降落伞后返回舱做匀减速运动，竖直向下为正方向，g取10 m/s2)()A6.25 m/s21.625 B2 m/s21.2C4 m/s21.4 D8 m/s21.8【答案】A【解析】飞船返回时，放出降落伞，以飞船为研究对象，受到竖直向下的重力mg和空气阻力Ff的作用最理想、最安全着陆是末速度v0，才不致于因着地时与地面碰撞而使仪器受到损坏设减速过程的加速度大小为a，由运动学公式得2ax0v，变形得a6.25 m/s2，再由牛顿第二定律得Ffmgma，Ff1.625mg，则阻力与返回舱重力的比值为1.625.因此A正确5粗糙水平面上的物体在水平拉力F作用下做匀加速直线运动，现使F不断减小，则在滑动过程中()A物体的加速度不断减小，速度不断增大B物体的加速度不断增大，速度不断减小C物体的加速度先变大再变小，速度先变小再变大D物体的加速度先变小再变大，速度先变大再变小【答案】D【解析】合外力决定加速度的大小，滑动过程中物体所受合外力是拉力和地面摩擦力的合力因为F逐渐减小，所以合外力先减小后反向增大，而速度是增大还是减小与加速度的大小无关，而是要看加速度与速度的方向是否相同前一阶段加速度与速度方向同向，所以速度增大，后一阶段加速度与速度方向相反，所以速度减小，因此D正确6右图表示某小球所受的合力与时间的关系，各段的合力大小相同，作用时间相同，设小球从静止开始运动，由此可判定()A小球向前运动，再返回停止B小球向前运动，再返回，不会停止C小球始终向前运动D小球向前运动一段时间后停止【答案】C【解析】由Ft图象知：第1 s，F向前，第2 s，F向后，以后重复该变化，所以小球先加速运动1 s，再减速运动1 s,2 s末刚好速度减为零，以后重复该过程，所以小球始终向前运动7用30 N的水平外力F拉一静止在光滑的水平面上质量为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分别是()Av7.5 m/s，a1.5 m/s2Bv4.5 m/s，a1.5 m/s2Cv4.5 m/s，a0Dv7.5 m/s，a0【答案】C【解析】前3 s物体由静止开始做匀加速直线运动，由牛顿第二定律得：Fma，解得：am/s21.5 m/s2,3 s末物体的速度为vat1.53 m/s4.5 m/s；3 s后，力F消失，由牛顿第二定律可知加速度立即变为0，物体做匀速直线运动，所以5 s末的速度仍是3 s末的速度，即4.5 m/s，加速度为a0，故C正确8如图甲所示，在粗糙水平面上，物块A在水平向右的外力F的作用下做直线运动，其速度时间图象如图乙所示，下列判断正确的是()A在01 s内，外力F不断增大B在03 s内，外力F的大小恒定C在34 s内，外力F不断减小D在34 s内，外力F的大小恒定【答案】C【解析】在速度时间图象中，01 s内物块速度均匀增大，物块做匀加速直线运动，外力F1为恒力；13 s内，物块做匀速直线运动，外力F2的大小恒定等于物块所受摩擦力，但F2F1,34 s内，物块做加速度不断增大的减速运动，外力F由大变小，综上所述只有C项正确9.一条不可伸长的轻绳跨过质量可忽略不计的定滑轮，绳的一端系一质量为m15 kg的重物，重物静止于地面上，有一质量为m110 kg的猴子，从绳子的另一端沿绳向上爬，如图所示，不计滑轮摩擦，在重物不离开地面的条件下，猴子向上爬的最大加速度为(g取10 m/s2)()A25 m/s2 B5 m/s2C10 m/s2 D15 m/s2【答案】B【解析】重物不离开地面，绳子上的拉力最大为Fmg150 N对猴子由牛顿第二定律得：Fm1gm1a，a m/s25 m/s2，B正确10如图甲为应用于机场和火车站的安全检查仪，用于对旅客的行李进行安全检查其传送装置可简化为如图乙模型，紧绷的传送带始终保持v1 m/s的恒定速率运行旅客把行李无初速度地放在A处，设行李与传送带之间的动摩擦因数0.1，A、B间的距离为2 m，g取10 m/s2.若乘客把行李放到传送带的同时也以v1 m/s的恒定速率平行于传送带运动到B处取行李，则()A乘客与行李同时到达B处B乘客提前0.5 s到达B处C行李提前0.5 s到达B处D若传送带速度足够大，行李最快也要2 s才能到达B处【答案】BD【解析】行李放在传送带上，传送带对行李的滑动摩擦力使行李开始做匀加速直线运动，随后行李又以与传送带相等的速率做匀速直线运动加速度为ag1 m/s2，历时t11 s达到共同速度，位移x1t10.5 m，此后行李匀速运动t21.5 s到达B，共用2.5 s乘客到达B，历时t2 s，故B正确若传送带速度足够大，行李一直加速运动，最短运动时间tmins2 s，D项正确二、非选择题11.在水平地面上有一个质量为4 kg的物体，物体在水平拉力F的作用下由静止开始运动.10 s后拉力大小减小为F/3，并保持恒定该物体的速度时间图象如图所示则物体所受到的水平拉力F的大小为_，该物体与地面间的动摩擦因数为_(取g10 m/s2)【答案】9 N0.125【解析】物体的运动分为两个过程，由题图可知两个过程加速度分别为：a11 m/s2，a20.5 m/s2.对两个过程，由牛顿第二定律得：Fmgma1，mgma2，代入数据解得：F9 N，0.125.12固定光滑细杆与地面成