2022-2023学年高中物理5.4牛顿运动定律的案例分析（一）每课一练沪科版必修1

PAGEPAGE15.4牛顿运动定律的案例分析（一）每课一练（沪科版必修1）题组一从受力确定运动情况1．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解析合力决定加速度的大小，滑动过程中物体所受合力是拉力和地面摩擦力的合力．因为F逐渐减小，所以合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．2．A、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mA>mB，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sA与sB相比为()A．sA＝sB B．sA>sBC．sA<sB 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μmg为合力，由牛顿第二定律知：μmg＝ma得：a＝μg，可见：aA＝aB.物体减速到零时滑行的距离最大，由运动学公式可得：veq\o\al(2,A)＝2aAsA，veq\o\al(2,B)＝2aBsB，又因为vA＝vB，aA＝aB.所以sA＝sB，A正确．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a＝eq\f(F合,m)＝eq\f(F－kmg,m)＝eq\f(F,m)－kg，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．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14m，假设汽车轮胎与地面间的动摩擦因数恒为0.7，g取10m/s2，则汽车刹车前的速度为()A．7m/s B．14m/sC．10m/s D．20m/s答案B解析设汽车刹车后滑动过程中的加速度大小为a，由牛顿第二定律得：μmg＝ma，解得：a＝μg.由匀变速直线运动的速度位移关系式得veq\o\al(2,0)＝2as，可得汽车刹车前的速度为：v0＝eq\r(2as)＝eq\r(2μgs)＝eq\r(2×0.7×10×14)m/s＝14m/s，因此B正确．5．用30N的水平外力F拉一静止在光滑的水平面上质量为20kg的物体，力F作用3s后消失，则第5s末物体的速度和加速度分别是()A．v＝7.5m/s，a＝1.5m/s2B．v＝4.5m/s，a＝1.5m/s2C．v＝4.5m/s，a＝0D．v＝7.5m/s，a＝0答案C解析前3s物体由静止开始做匀加速直线运动，由牛顿第二定律得：F＝ma，解得：a＝eq\f(F,m)＝eq\f(30,20)m/s2＝1.5m/s2,3s末物体的速度为vt＝at＝1.5×3m/s＝4.5m/s；3s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5s末的速度仍是3s末的速度，即4.5m/s，加速度为a＝0，故C正确．题组二从运动情况确定受力6．一个物体在水平恒力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2FB．将物体质量减小一半，其他条件不变C．物体质量不变，水平恒力和作用时间都增为原来的两倍D．将时间增加到原来的2倍，其他条件不变答案D解析由牛顿第二定律得F－μmg＝ma，所以a＝eq\f(F,m)－μg，对比A、B、C三项，均不能满足要求，故选项A、B、C均错，由vt＝at可得选项D对．7．某气枪子弹的射出速度达100m/s，若气枪的枪膛长0.5m，子弹的质量为20g，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()A．1×102N B．2×102NC．2×105N D．2×104N答案B解析根据veq\o\al(2,t)＝2as，得a＝eq\f(v\o\al(2,t),2s)＝eq\f(1002,2×0.5)m/s2＝1×104m/s2，从而得高压气体对子弹的作用力F＝ma＝20×10－3×1×104N＝2×102N.8．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所引起的伤害，人们设计了安全带．假定乘客质量为70kg，汽车车速为90km/h，从踩下刹车闸到车完全停止需要的时间为5s，安全带对乘客的平均作用力大小约为(不计人与座椅间的摩擦)()A．450N B．400NC．350N D．300N答案C解析汽车的速度v0＝90km/h＝25m/s设汽车匀减速的加速度大小为a，则a＝eq\f(v0,t)＝5m/s2对乘客应用牛顿第二定律可得：F＝ma＝70×5N＝350N，所以C正确．9．某消防队员从一平台上跳下，下落2m后双脚触地，接着他用双腿弯曲的方法缓冲，使自身重心又下降了0.5m，在着地过程中地面对他双脚的平均作用力为()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解析由自由落体规律可知：veq\o\al(2,t)＝2gH缓冲减速过程：veq\o\al(2,t)＝2ah由牛顿第二定律列方程F－mg＝ma解得F＝mg(1＋H/h)＝5mg，故B正确．题组三整体法和隔离法的应用10.两个叠加在一起的滑块，置于固定的、倾角为θ的斜面上，如图1所示，滑块A、B质量分别为M、m，A与斜面间的动摩擦因数为μ1，B与A之间的动摩擦因数为μ2，已知两滑块都从静止开始以相同的加速度从斜面滑下，滑块B受到的摩擦力()图1A．等于零 B．方向沿斜面向上C．大小等于μ1mgcosθ D．大小等于μ2mgcosθ答案BC解析把A、B两滑块作为一个整体，设其下滑加速度为a，由牛顿第二定律得(M＋m)gsinθ－μ1(M＋m)gcosθ＝(M＋m)a，得a＝g(sinθ－μ1cosθ)，所以a<gsinθ，故B随A一起下滑过程中，必受到A对它沿斜面向上的摩擦力，设摩擦力为f(如图所示)．由牛顿第二定律得mgsinθ－f＝ma，得f＝mgsinθ－ma＝mgsinθ－mg(sinθ－μ1cosθ)＝μ1mgcosθ.11.物体M放在光滑水平桌面上，桌面一端附有轻质光滑定滑轮，如图2甲所示，若用一根跨过滑轮的轻绳系住M，另一端挂一质量为m的物体，M的加速度为a1；如图乙所示，若另一端改为施加一竖直向下、大小为F＝mg的恒力，M的加速度为a2，则()图2A．a1>a2 B．a1＝a2C．a1<a2 D．无法确定答案C解析对M和m组成的整体，由牛顿第二定律有mg＝(M＋m)a1，a1＝eq\f(mg,M＋m)，另一端改为施加一竖直向下的恒力时，F＝mg＝Ma2，a2＝eq\f(mg,M)，所以a1<a2，C正确．题组四综合应用12.大家知道质量可以用天平测量，可是在宇宙空间怎样测量物体的质量呢？如图3所示是采用动力学方法测量空间站质量的原理图．若已知“双子星号”宇宙飞船的质量为3200kg，其尾部推进器提供的平均推力为900N，在飞船与空间站对接后，推进器工作8s测出飞船和空间站速度变化是1.0m/s.则：图3(1)空间站的质量为多大？(2)在8s内飞船对空间站的作用力为多大？答案(1)4000kg(2)500N解析(1)飞船和空间站的加速度a＝eq\f(Δv,Δt)＝0.125m/s2，以空间站和飞船整体为研究对象，根据牛顿第二定律有F＝Ma，得M＝eq\f(F,a)＝7200kg.故空间站的质量m＝7200kg－3200kg＝4000kg.(2)以空间站为研究对象，由牛顿第二定律得F′＝ma＝500N13．ABS系统是一种能防止车轮被抱死而导致车身失去控制的安全装置，全称防抱死刹车系统．它既能保持足够的制动力，又能维持车轮缓慢转动，已经广泛应用于各类汽车上．有一汽车没有安装ABS系统，急刹车后，车轮抱死，在路面上滑动．(1)若车轮与干燥路面间的动摩擦因数是0.7，汽车以14m/s的速度行驶，急刹车后，滑行多远才停下？(2)若车轮与湿滑路面间的动摩擦因数为0.1，汽车急刹车后的滑行距离不超过18m，刹车前的最大速度是多少？(取g＝10m/s2)答案(1)14m(2)6m/s解析(1)汽车加速度a1＝－eq\f(μ1mg,m)＝－μ