高中物理必修一练习.doc

1.运动的描述 【1.物体沿直线向同一方向运动，通过两个连续相等的位移的平均速度分别为v1=10m/s和v2=15m/s，则物体在这整个运动过程中的平均速度是多少？2一质点沿直线ox方向作加速运动，它离开o点的距离x随时间变化的关系为x=5+2t3(m)，它的速度随时间变化的关系为v=6t2(m/s)，求该质点在t=0到t=2s间的平均速度大小和t=2s到t=3s间的平均速度的大小。3.一架飞机水平匀速地在某同学头顶飞过，当他听到飞机的发动机声音从头顶正上方传来时，发现飞机在他前上方与地面成600角的方向上，据此可估算出此飞机的速度约为声速的多少倍？4一物体做匀变速直线运动，某时刻速度大小为v1=4m/s，1S后速度大小为v2=10m/s，在这1S内该物体的加速度的大小为多少？5.某著名品牌的新款跑车拥有极好的驾驶性能，其最高时速可达330km/h，0100km/h的加速时间只需要3.6s，0200km/h的加速时间仅需9.9s，试计算该跑车在0100km/h的加速过程和0200km/h的加速过程的平均加速度。】答：1.设每段位移为s，由平均速度的定义有 =12m/s点评要根据平均速度的定义计算，不能用公式=(v0+vt)/2。2.当t=0时，对应x0=5m，当t=2s时，对应x2=21m，当t=3s时，对应x3=59m，则:t=0到t=2s间的平均速度大小为=8m/s.t=2s到t=3s间的平均速度大小为=38m/s3.设飞机在头顶上方时距人h，则人听到声音时飞机走的距离为：h/3对声音：h=v声t对飞机：h/3=v飞t 解得：v飞=v声/30.58v声4.根据加速度的定义， 题中v0=4m/s，t=1s当v2与v1同向时，得=6m/s2 当v2与v1反向时，得=-14m/s2点评必须注意速度与加速度的矢量性，要考虑v1、v2的方向。5:根据 且 故跑车在0100km/h的加速过程故跑车在0200km/h的加速过程2.探究匀变速运动的规律 常用的匀变速运动的公式有:vt=v0+at s=v0t+at2/2 vt2=v02+2as S=(v0+vt)t/2 【1建筑工人安装塔手架进行高空作业，有一名建筑工人由于不慎将抓在手中的一根长5m的铁杆在竖直状态下脱落了，使其做自由落体运动，铁杆在下落过程中经过某一楼层面的时间为0.2s，试求铁杆下落时其下端到该楼层的高度？（g10m/s2，不计楼层面的厚度）2在现实生活中，雨滴大约在1.5km左右的高空中形成并开始下落。计算一下，若该雨滴做自由落体运动，到达地面时的速度是多少？你遇到过这样快速的雨滴吗？据资料显示，落到地面的雨滴速度一般不超过8m/s，为什么它们之间有这么大的差别呢？3.从斜面上某一位置，每隔O.1s释放一颗小球，在连续释放几颗后，对在斜面上滑动的小球拍下照片，如图所示，测得SAB=15cm，SBC=20cm，试求：(1)小球的加速度(2)拍摄时B球的速度VB(3)拍摄时SCD(4)A球上面滚动的小球还有几颗?4. 以速度为10 m/s匀速运动的汽车在第2 s末关闭发动机，以后为匀减速运动，第3 s内平均速度是9 m/s，则汽车加速度是_ m/s2，汽车在10 s内的位移是_ m.5.一列客车以v1的速度前进，司机发现前面同一轨道上有一列货车正以v2(v2s1，所以乙车能追上甲车。7：其中一种解法：要使两车不相撞，其位移关系应为v1tat2sv2t即at2（v2v1）ts0对任一时间t，不等式都成立的条件为（v2v1）22as0 由此得a.8：假设摩托车一直匀加速追赶汽车。则：V0t+S0 （1）a =（m/s2） （2）摩托车追上汽车时的速度：V = at = 0.24240 = 58 (m/s) （3）因为摩托车的最大速度为30m/s，所以摩托车不能一直匀加速追赶汽车。应先匀加速到最大速度再匀速追赶。 （4） Vm at1 （5）由（4）（5）得：t1=40/3（秒） a=2.25 (m/s)3.力 物体的平衡 【1.如图所示，小车上固定一根折成角的曲杆，杆的另一端一固定一质量为m的球，则当小车静止时和以加速度a向右加速运动时杆对球的弹力大小及方向如何?2、在一粗糙水平面上有两个质量分别为m1和m2的木块1和2，中间用一原长为、劲度系数为k的轻弹簧连接起来，如图甲所示木块与地面间的动摩擦因数为，现用一水平力向右拉木块2，当两木块一起匀速运动时两木块之间的距离是_ABCF3.如右图所示，质量为m的木块在倾角为的斜面上沿不同方向以不同速度Vl、V2、V3滑行时，小木块受到的滑动摩擦力多大?斜面受到的滑动摩擦力多大?(已知木块与斜面间的动摩擦因数为)4. 如图所示，斜面小车M静止在光滑水平面上，一边紧贴墙壁。若再在斜面上加一物体m，且M、m相对静止，试分析小车受哪几个力的作用？5.如图所示，物体的质量为2kg，两根轻绳AB和AC的一端连接于竖直墙上，另一端系于物体上，在物体上另施加一个方向与水平线成=600的拉力F，若要使两绳都能伸直，求拉力F的大小范围。6.如图，自由下落的小球下落一段时间后，与弹簧接触，从它接触弹簧开始，到弹簧压缩到最短的过程中，小球的速度、加速度、合外力的变化情况是怎样的?7. 如图所示，一质量为m的物体系于长度分别为L1L2的两根细线上，L1的一端悬挂在天花板上，与竖直方向夹角为，L2水平拉直，物体处于平衡状态，现将L2线剪断，求剪断瞬时物体的加速度。8.将金属块用压缩的轻弹簧卡在一个矩形的箱中，如图所示，在箱的上顶板和下顶板安有压力传感器，箱可以沿竖直轨道运动，当箱以a=2.0m/s2的加速度作竖直向上的匀减速运动时，上顶板的传感器显示的压力为6.ON，下顶板的传感器显示的压力为10.ON，g取10m/s2(1)若上顶板的传感器的示数是下顶板的传感器示数的一半，试判断箱的运动情况。(2)要使上顶板传感器的示数为O，箱沿竖直方向的运动可能是怎样的?9.如图所示，质量为m的入站在自动扶梯上，扶梯正以加速度a向上做减速运动，a与水平方向的夹角为求人受的支持力和摩擦力。答：1.当小车静止时，根据物体平衡条件可知，杆对球的弹力方向竖直向上，大小等于mg。当小车加速运动时，设小球受的弹力F与竖直方向成角，如图所示，根据牛顿第二定律，有：Fsin=ma Fcos=mg 解得：F= tan=a/g可见，杆对球弹力的方向与加速度大小有关，只有当加速度a=gtan、且方向向右时，杆对球的弹力才沿着杆；否则不沿杆的方向。2.方法一 选连接体为研究对象，对它进行受力分析，其受力如图乙所示对连接体整体，由三力平衡得F-Fl-F2=0，其中，F1=m1g，F2=m2g选木块2为研究对象，其受力如图丙所示，由三力平衡得F-F2-F弹=O，其中，F弹为弹簧的弹力综合以上各式得，F弹=m1g设弹簧的伸长长度为，由胡克定律得F弹=kx即x=m1g/k所以当两木块一起匀速运动时两木块之间的距离为+x=+m1g/k.因而选项A正确可以说，这一解法被不少同学所采用方法二选木块l为研究对象，其受力如图丁所示，由二力平衡得F弹-F1=0，而F1=m1g，由以上两式得F弹=mlg参照方法一，所求距离是+mlg/k显然，这一创新的解法比较简单，而第一种解法是常规的却是较麻烦的解法它们是由选择的研究对象不同而出现的3.(公式法)不管小木块沿斜面向哪个方向运动，其受到斜面支持力N都等于mgcos，故小木块受到的滑动摩擦力均为：f=N=mgcos木块受斜面的滑动摩擦力为f=mgcos，则由牛顿第三定律知，斜面受木块的滑动摩擦力大小也为f=mgcos4. 对M和m整体分析，它们必受到重力和地面支持力，由于小车静止，由平衡条件知墙面对小车必无作用力。以小车为研究对象，如图所示，它受四个力：重力Mg，地面的支持力FN，m对它的压力F2和静摩擦力f，由于m静止，可知f和FN的合力必竖直向下。GF2F1Fxy【说明】 M与墙有接触，但是否有挤压，应由M和m的状态决定。若m沿M加速下滑，加速度为a，则墙对M就有弹力作用，弹力FN水平. 5.作出A受力图如图28所示，由平衡条件有：F.cos-F2-F1cos=0,Fsin+F1sin-mg=0 要使两绳都能绷直，则有：F1解得F的取值范围为：。6. 因为速度变大或变小取决于加速度和速度方向的关系，当a与v同向时,v增大；当a与v反向时，v减小；而a由合外力决定，所以此题要分析v,a的大小变化，必须先分析小球的受力情况。小球接触弹簧时受两个力的作用：向下的重力和向上的弹力。在接触的头一阶段，重力大于弹力，小球合力向下，且不断变小(因为F合=mg-kx，而x增大)，因而加速度减小(因为a=F/m)，由于v方向与a同向，因此速度继续变大。当弹力增大到大小等于重力时，合外力为零，加速度为零，速度达到最大。之后，小球由于惯性继续向下运动，但弹力大于重力，合力向上，逐渐变大(因为F=kx-mg=ma)，因而加速度向上且变大，因此速度逐渐减小至零。小球不会静止在最低点，以后将被弹簧上推向上运动。综上分析得：小球向下压弹簧过程，F方向先向下后向上，先变小后交大；a方向先向下后向上，大小先变小后变大；v方向向下，大小先变大后变小。7.剪断线的瞬间，T2突然消失，物体即将作圆周运动，所以其加速度方向必和L1垂直，L1中的弹力发生突变，弹力和重力的合力与L1垂直；可求出瞬间加速度为a=gsin。8. 以金属块为研究对象，设金属块的质量为m，根据牛顿第二定律，有F2+mg-F1=ma解得m=O.5kg(1)由于上顶板仍有压力，说明弹簧的长度没有变化，因此弹簧弹力仍为lO.ON，可见上顶板的压力是5N，设此时的加速度为a1，根据牛顿第二定律，有F1-F1/2-mg=mal，即得a1=O，即此时箱静止或作匀速直线运动。(2)要想上顶板没有压力，弹簧的长度只能等于或小于目前的长度，即下顶板的压力只能等于或大干10.ON，这时金属块的加速度为a2，应满足ma210.O-mg得a210m/s2，即只要箱的加速度为向上，等于或大于10m/s2(可以向上作加速运动，也可以向下作减速运动)，上顶板的压力传感器示数为零。9.解法1 以人为研究对象，受力分析如图所示。因摩擦力f为待求且必沿水平方向，设水平向右。为不分解加速度a，建立图示坐标，并规定正方向。X方向 mgsin-Nsin-fcos=ma Y方向 mgcos+fsin-Ncos=0解得：N=m(g-asin) f=-macos为负值，说明摩擦力的实际方向与假设相反，为水平向左。解法二：将加速度a沿水平方向与竖直方向分解，如图ax=acos ay=asin水平方向：f=max=macos 竖直方向：mg-N=may=masin联立可解得结果。专题三.第二定律应用： 例题评析【例7】 如图所示，光滑的水平桌面上放着一个长为L的均匀直棒，用水平向左的拉力F作用在棒的左端。则棒的各部分相互作用的力沿棒长向左的变化规律是_。 【分析与解答】本题研究棒内各部分间的相互作用力的变化规律，要将整个棒隔离成两段。 从离右端距离为x处将长棒隔离。若令棒的质量为m，则其右端部分质量为xm/L，整体：F=ma隔离右端部分：T=xma/L T=xF/L【说明】 使用隔离法时，可对构成连接体的不同物体隔离，也可以将同一物体隔离成若干个部分。取隔离体的实质在于把系统的内力转化为其中某一隔离体的外力，以便应用牛顿定律解题。【例8】如图，质量M的小车停放在光滑水平面上，在小车右端施加一水平恒力F=8N。当小车向右运动速度达到3m/s时，在小车的右端轻放一质量m=2kg的小物块，物块与小车间的动摩擦因数，假定小车足够长，问： （1）经过多长时间物块停止与小车间的相对运动？ （2）小物块从放在车上开始经过所通过的位移是多少？（g取）【分析与解答】：（1）依据题意，物块在小车上停止运动时，物块与小车保持相对静止，应具有共同的速度。设物块在小车上相对运动时间为t，物块、小车受力分析如图： 物块放上小车后做初速度为零加速度为的匀加速直线运动，小车做加速度为匀加速运动。 由牛顿运动定律： 物块放上小车后加速度： 小车加速度： 由得： （2）物块在前2s内做加速度为的匀加速运动，后1s同小车一起做加速度为的匀加速运动。 以系统为研究对象： 根据牛顿运动定律，由得： 物块位移 【例9】 如图所示，一个弹簧台秤的秤盘和弹簧质量均不计，盘内放一个质量的静止物体P，弹簧的劲度系数。现施加给P一个竖直向上的拉力F，使P从静止开始向上做匀加速运动。已知在头0.2s内F是变力，在0.2s以后，F是恒力，取，求拉力F的最大值和最小值。【分析与解答】：根据题意，F是变力的时间，这段时间内的位移就是弹簧最初的压缩量S，由此可以确定上升的加速度a， 由得： 根据牛顿第二定律，有： 得： 当时，F最小 当时，F最大 拉力的最小值为90N，最大值为210N【例10】 将质量为m的小球用轻质细绳拴在质量为M的倾角为的楔形木块B上，如图所示。已知B的倾斜面是光滑的，底面与水平地面之间的摩擦因数为。 (1)若对B施加向右的水平拉力，使B向右运动，而A不离开B的斜面，这个拉力不得超过多少? (2)若对B施以向左的水平推力，使B向左运动，而A不致在B上移动，这个推力不得超过多少?【分析与解答】：（1）若拉力F太大，B的加速度大，使A脱离，设恰好不脱离时拉力为F，如图示，对小球：mgcot=ma对整体:F1-(m+M)g=(M+m)aF(M+m)g(+)(2)当推力F太大,B的加速度大,A相对B沿斜面向上运动,绳子松驰,恰好不松驰的推力为F2,如图示,对小球作受力分析得:mgtan=ma对整体:F2-(M+m)g=(M+m)aF2=(m+M)(tan+),故:专题四动力学的两类基本问题 例题评析【例11】 质量为m=2 kg的木块原来静止在粗糙水平地面上，现在第1、3、5奇数秒内给物体施加方向向右、大小为F1=6 N的水平推力，在第2、4、6偶数秒内给物体施加方向仍向右、大小为F2=2 N的水平推力.已知物体与地面间的动摩擦因数=0.1，取g=10 m/s2，问：（1）木块在奇数秒和偶数秒内各做什么运动?（2）经过多长时间，木块位移的大小等于40.25 m?【分析与解答】：以木块为研究对象，它在竖直方向受力平衡，水平方向仅受推力F1（或F2）和摩擦力Ff的作用.由牛顿第二定律可判断出木块在奇数秒内和偶数秒内的运动，结合运动学公式，即可求出运动时间.（1）木块在奇数秒内的加速度为a1= m/s2=2 m/s2木块在偶数秒内的加速度为a2= m/s2=0所以，木块在奇数秒内做a=a1=2 m/s2的匀加速直线运动，在偶数秒内做匀速直线运动.（2）在第1 s内木块向右的位移为s1=at2=212 m=1 m至第1 s末木块的速度v1=at=21 m/s=2 m/s在第2 s内，木块以第1 s末的速度向右做匀速运动，在第2 s内木块的位移为s2=v1t=21 m=2 m至第2 s末木块的速度v2=v1=2 m/s在第3 s内，木块向右做初速度等于2 m/s的匀加速运动，在第3 s内的位移为s3=v2t+at2=21 m+212 m=3 m至第3 s末木块的速度v3=v2+at=2 m/s+21 m/s=4 m/s在第4 s内，木块以第3 s末的速度向右做匀速运动，在第4 s内木块的位移为s4=v2t=41 m=4 m至第4 s末木块的速度v4=v2=4 m/s由此可见，从第1 s起，连续各秒内木块的位移是从1开始的一个自然数列.因此，在n s内的总位移为sn=1+2+3+n=当sn=40.25 m时，n的值为8n9.取n=8，则8 s内木块的位移共为s8= m=36 m至第8 s末，木块的速度为v8=8 m/s.设第8 s后，木块还需向右运动的时间为tx，对应的位移为sx=40.25 m36 m=4.25 m，由sx=v8tx+atx2，即4.25=8tx+2tx2解得tx=0.5 s所以，木块位移大小等于40.25 m时，需运动的时间T=8 s+0.5 s=8.5 s.点评：（1）本题属于已知受力情况求运动情况的问题，解题思路为先根据受力情况由牛顿第二定律求加速度，再根据运动规律求运动情况.（2）根据物体的受力特点，分析物体在各段时间内的运动情况，并找出位移的一般规律，是求解本题的关键.【例12】 如图所示，在倾角=37的足够长的固定的斜面上，有一质量m=1 kg的物体，物体与斜面间动摩擦因数=0.2，物体受到沿平行于斜面向上的轻细线的拉力F=9.6 N的作用，从静止开始运动，经2 s绳子突然断了，求绳断后多长时间物体速度大小达到22 m/s.（sin37=0.6，g取10 m/s2）【分析与解答】：本题为典型的已知物体受力求物体运动情况的动力学问题，物体运动过程较为复杂，应分阶段进行过程分析，并找出各过程的相关量，从而将各过程有机地串接在一起.第一阶段：在最初2 s内，物体在F=9.6 N拉力作用下，从静止开始沿斜面做匀加速运动，据受力分析图324可知：沿斜面方向：FmgsinFf =ma1沿垂直斜面方向：FN=mgcos且Ff=FN由得：a1=2 m/s22 s末绳断时瞬时速度v1=a1t1=4 m/s.第二阶段：从撤去F到物体继续沿斜面向上运动到达速度为零的过程，设加速度为a2，则a2=7.6 m/s2设从断绳到物体到达最高点所需时间为t2据运动学公式v2=v1+a2t2所以t2=0.53 s第三阶段：物体从最高点沿斜面下滑，在第三阶段物体加速度为a3，所需时间为t3.由牛顿第二定律可知：a3=gsingcos=4.4 m/s2，速度达到v3=22 m/s，所需时间t3=5 s综上所述：从绳断到速度为22 m/s所经历的总时间t=t2+t3=0.53 s+5 s=5.53 s.【例13】 如图 所示，光滑水平面上静止放着长L=1.6 m、质量为M=3 kg的木板.一个质量为m=1 kg的小物体放在木板的最右端，m与M之间的动摩擦因数=0.1，今对木板施加一水平向右的拉力F.（1）施力F后，要想把木板从物体m的下方抽出来，求力F的大小应满足的条件；（2）如果所施力F=10 N，为了把木板从m的下方抽出来，此力的作用时间不得少于多少?（g取10 m/s2）【分析与解答】：（1）力F拉木板运动过程：对木块：mg=ma a=g a=1 m/s2对木板：Fmg=Ma1 a1=只要a1a就能抽出木板，即F （M+m）g所以F4 N.（2）当F =10 N，设拉力作用的最少时间为t1，加速度为a1，撤去拉力后木板运动时间为t2，加速度为a2，那么：a1=3 m/s2 a2= m/s2木板从木块下穿出时：木块的速度：v=a（t1+t2）木块的位移：s=a（t1+t2）2木板的速度：v木板=a1t1a2t2木板的位移：s木板=a1t12+a1t1t2a2t22木板刚好从木块下穿出应满足：v木板=v s木板s=L可解得：t1=0.8 s【例14】 如图所示，传输带与水平面间的倾角为=37，皮带以10 m/s的速率运行，在传输带上端A处无初速地放上质量为0.5 kg的物体，它与传输带间的动摩擦因数为0.5.若传输带A到B的长度为16 m，则物体从A运动到B的时间为多少？【分析与解答】：首先判定与tan的大小关系，=0.5，tan=0.75，所以物体一定沿传输带对地下滑，不可能对地上滑或对地相对静止.其次皮带运行速度方向未知，而皮带运行速度方向影响物体所受摩擦力方向，所以应分别讨论.当皮带的上表面以10 m/s的速度向下运行时，刚放上的物体相对皮带有向上的相对速度，物体所受滑动摩擦力方向沿斜坡向下（如图所示），该阶段物体对地加速度a1=10 m/s2方向沿斜坡向下物体赶上皮带对地速度需时间t1=1 s在t1 s内物体沿斜坡对地位移s1=a1t12=5 m当物体速度超过皮带运行速度时物体所受滑动摩擦力沿斜面向上，物体对地加速度a2=2 m/s2物体以2 m/s2加速度运行剩下的11 m位移需时间t2则s2=v t2+a2t22即11=10t2+2t22t2=1 s （t2=11 s舍去）所需总时间t=t1+t2=2 s当皮带上表面以10 m/s的速度向上运行时，物体相对于皮带一直具有沿斜面向下的相对速度，物体所受滑动摩擦力方向沿斜坡向上且不变.设加速度为a3则a3=2 m/s2物体从传输带顶滑到底所需时间为则s=a32 = s=4 s.点评：本题中物体在本身运动的传送带上的运动，因传输带运动方向的双向性而带来解答结果的多重性.物体所受滑动摩擦力的方向与物体相对于传输带的相对速度方向相反，而对物体进行动力学运算时，物体