4.5 牛顿运动定律的应用 分层练习 高一物理人教版必修一（含解析）

4.5牛顿运动定律的应用思考为了尽量缩短停车时间，旅客按照站台上标注的车门位置候车。列车进站时总能准确地停靠在对应车门的位置。让力与运动的关系在生活中完美呈现。这是如何做到的呢？基础知识点巩固1.从受力确定运动情况：如果已知物体的受力情况，可以由牛顿第二定律求出物体的________，再通过__________确定物体的运动情况。2.从运动情况确定受力：如果已知物体的运动情况，根据运动学规律求出物体的_____，结合受力分析，再根据__________求出力。基础练习巩固1.蹴球是中国少数民族的一种传统体育项目，比赛在一块正方形水平地面上进行，比赛用球为硬塑实心球。如图所示，静止在场地中的球1与球2、球2与边线间的距离均为L，两球质量相同，它们与水平地面之间的动摩擦因数均为μ，一队员用脚给球1一个水平冲击力使其获得水平速度，球1与球2发生弹性正碰后，球2恰好能到达边线，重力加速度为g。则球2运动的时间为()A. B. C. D.2.儿童游乐场里“淘气堡”生意火爆，成了小朋友们的欢乐海洋.如图，一质量为20kg的小男孩，从斜面上端由静止沿斜面向下滑至底端后，冲入“海洋球”中，玩得非常开心.若斜面长为4m，斜面与水平面的夹角为37°，男孩与斜面间的动摩擦因数，，，，则该男孩在斜面上的滑行时间为()A.2s B. C.1s D.0.5s3.小霖家的小二楼需要装修，小霖在屋檐安装了光滑的轻质滑轮，用一根质量忽略且不可伸长的绳索通过如图所示的方式将物料运送至二。楼已知小霖的质量，物料质量为，当物料以的加速度加速上升时，小霖对地面的压力大小为（g取）()A.360N B.400N C.560N D.800N4.质量为的小物块静止于地面上。现用竖直向上的恒力F拉动小物块，经过时间，小物块运动了的距离，取，求：（1）物块加速度a的大小；（2）恒力F的大小。5.如图所示，光滑水平桌面上有一个静止的物体，质量是2kg，在10N的水平恒力作用下开始运动。求：（1）物体加速度a的大小；（2）物体在时速度v的大小。6.某快递车装上货物（视为质点），其中货物与车的简化图如图所示。货物在长度的水平车厢中间位置，总质量的车在平直路面以行驶，突然因紧急情况刹车（关闭发动机），经过车停下，最终发现货物也刚好滑到车厢前端靠近驾驶室。取重力加速度大小，货物的质量远小于快递车的质量。求：(1)快递车刹车时受到的阻力大小f；(2)该货物与水平车厢间的动摩擦因数μ。7.一种能垂直起降的小型遥控无人机如图所示，螺旋桨工作时能产生恒定的升力。在一次试飞中，无人机在地面上由静止开始以的加速度匀加速竖直向上起飞，上升时无人机突然出现故障而失去升力，一段时间后无人机恢复升力开始向下做匀减速直线运动，到达地面时速度恰好为0，此时关闭无人机电源。已知无人机的质量，运动过程中所受空气阻力大小恒为，取重力加速度大小。求：（1）螺旋桨工作时产生的升力大小F；（2）无人机上升的最大高度H。8.图中所示为阿里巴巴发布的第一款物流机器人“小蛮驴”。未来，“小蛮驴”机器人将率先在菜鸟驿站大规模投用。在某次测试过程中，实验人员让“小蛮驴”从静止开始做匀加速直线运动，行驶后，达到最大速度。试求：（1）“小蛮驴”加速时的加速度大小；（2）若“小蛮驴”满载货物时总质量为，所受阻力恒为车重的0.2倍，求匀加速直线过程中“小蛮驴”所受的牵引力大小。9.如图所示，质量为3kg的物体A静止在竖直的轻弹簧上面，质量为2kg的物体B用细线悬挂，A、B间相互接触但无压力，整个系统处于静止状态，取.某时刻将细线剪断，则剪断细线瞬间()A.B的加速度大小为 B.A的加速度大小为C.B对A的压力大小为0N D.B对A的压力大小为20N10.《考工记》中记载：“马力既竭，辀犹能一取焉”，意思是马对车不施加拉力了，车还能继续向前运动一段距离。若马拉着车以速度在平直路面上匀速行驶，车受到的阻力大小为车重的k倍，重力加速度大小为g。则马对车不施加拉力后，车运动的位移大小为()A. B. C. D.11.水果的碰伤阈值是指水果在不碰伤的情况下能够从静止竖直跌落的最大高度。已知苹果在与地板接触后经过时间速度减为0，桔子在与地板接触后经过时间速度减为0，苹果和桔子碰伤所需的平均作用力均约为自身重力的3倍，则苹果和桔子的碰伤阈值之比约为()A.1:4 B.1:3 C.1:2 D.2:112.如图所示，质量为1kg的物块静止在光滑水平地面上，在水平向右的恒力的作用下开始运动，依次通过A、B、C、D四个位置。已知、，且通过AB段和CD段的时间均为1s，则通过BC段的时间为()A.1s B.2s C.3s D.4s13.如图所示，足够长的倾斜传送带沿逆时针方向匀速转动，一滑块从斜面顶端由静止释放后一直做加速运动。则()A.滑块受到的摩擦力方向保持不变B.滑块的加速度保持不变C.若减小传送带的倾角，滑块可能先做加速运动后做匀速运动D.若传送带改为顺时针转动，滑块可能先做加速运动后做匀速运动14.如图所示，两个质量均为m的小球A、B用细绳相连，小球A与一个轻弹簧相连，弹簧另一端固定在竖直墙上，小球用另一根细线连在天花板上，开始时，两小球都静止不动，这时细线与水平方向的夹角是，弹簧水平，重力加速度为g，现突然把两根细线剪断。在剪断线的瞬间，小球A的加速度大小是()A. B. C.2g D.15.如图所示，套在细直杆上的环A由跨过定滑轮且不可伸长的轻绳与B相连，在外力作用下A沿杆以速度匀速上升经过P、Q两点，经过P点时轻绳与竖直杆间的夹角为α，经过Q点时A与定滑轮的连线处于水平方向，则()A.经过P点时，B的速度大小等于B.当时，A、B的速度大小之比是C.在A从P至Q的过程中，B受到的拉力小于重力D.经过Q点时，B的速度方向向下16.如图，两物块P、Q置于水平地面上，其质量分别为m、2m，两者之间用水平轻绳连接。两物块与地面之间的动摩擦因数均为μ，重力加速度大小为g，现对Q施加一水平向右的拉力F，使两物块做匀加速直线运动，轻绳的张力大小为()A. B. C. D.17.（多选）车厢中用细线悬挂小球，通过细线的倾斜程度来检测车辆在行进过程中的加速度。如图所示，质量相同的两个光滑小球通过轻质细线分别系于车的顶部，左侧小球与车厢左侧壁接触，两细线与竖直方向的夹角相同，拉力大小分别为和。下列说法正确的是()A.车可能正在向右做加速运动 B.两细线的拉力C.当汽车加速度增大时，变小 D.当汽车加速度减小时，增大18.（多选）如图所示，AB两物体通过轻弹簧连在一起，然后用细绳悬挂在天花板上，在物体B下面用薄板向上托着，使弹簧处于压缩状态且弹力大小等于物体B受到的重力，整个系统处于静止状态。已知AB两物体的质量分别为和m，重力加速度大小为g。下列说法正确的是()A.托着薄板剪断细绳的瞬间，A的加速度大小为B.托着薄板剪断细绳后，B的加速度大小为C.仅撤走薄板的瞬间，A的加速度大小为D.仅撤走薄板的瞬间，B的加速度大小为19.（多选）如图所示，运动员将在水平冰面上的冰壶向右推出，记冰壶离手时为0时刻，此时冰壶的初速度大小为，冰壶在滑动摩擦力作用下做匀减速直线运动，时冰壶的速度大小为，取重力加速度大小，冰壶可视为质点，不计空气阻力，则下列说法正确的是()A.冰壶在冰面上滑行时的加速度大小为B.冰壶与冰面间的动摩擦因数为0.2C.冰壶从离手到速度恰好为0的过程中平均速度大小为D.冰壶离手后在冰面上滑行的位移大小为20.（多选）如图所示，一水平传送带沿顺时针方向匀速转动，在传送带左端A处无初速度地轻放一小物块，则关于小物块从A端运动到B端过程中的速度v随时间t的变化图象，下列选项中可能正确的是()A. B. C. D.21.水上乐园小朋友正在玩水滑梯。已知滑梯顶端距地面高为，滑梯所构成的斜面长度为。一名质量为的小朋友由静止从滑梯顶端滑下，其速度-时间图像如图所示。小朋友滑至底端后，沿水平滑轨滑行停止。小朋友视为质点，求:(1)小朋友沿滑梯下滑过程的加速度的大小；(2)小朋友沿滑梯下滑过程受到的阻力；(3)小朋友与水平滑轨间的动摩擦因数。22.连续刹车时，刹车片和刹车盘产生大量热量，温度升高很快，刹车效率迅速降低，容易造成刹车失灵.为了避免刹车失灵造成的危害，高速公路在一些连续下坡路段设置用沙石铺成的紧急避险车道，如图所示.现将某次汽车避险过程简化如下：一辆货车在倾角为的长直下坡路上以的速度匀速行驶，突然刹车失灵开始加速，此时货车所受阻力为车重的0.4倍（发动机关闭），加速前进后冲上了倾角为的避险车道，在避险车道上运动后停下，将货车的加速、减速过程视为匀变速直线运动，求货车：（，g取）（1）冲上避险车道时速度的大小；（2）在避险车道上所受摩擦阻力是车重的多少倍。23.拉运木材的汽车在卸下木材时用两根细圆木作为导轨将木材卸下，如图所示，两根细圆木的一端P、M分别固定在地面上，另一端Q、N分别固定在车上，构成两条平行的轨道PQ和MN，它们与水平地面的夹角，装卸工在车上将一根质量为m、半径为R的圆柱形木材推上导轨后，由静止自由释放，木材能够沿着轨道下滑，已知轨道PQ和MN的间距为R，木材与细圆木轨道间的动摩擦因数为，重力加速度为g，则圆木下滑的加速度大小为()A. B. C. D.24.如图甲所示，质量的物体A和质量未知的物体B叠放在一起，静止在粗糙水平地面上，用从零开始逐渐增大的水平拉力F拉着物体B，两个物体间的摩擦力、物体B与地面间的摩擦力随水平拉力F变化的情况如图乙所示，重力加速度g取，且最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则()A.两个物体间的动摩擦因数为0.3B.物体B的质量为1kgC.物体B与水平地面间的动摩擦因数为0.2D.当时，A物块的加速度大小为25.所示，足够长的倾斜传送带与水平方向夹角为37°，以大小为的速率顺时针匀速转动，两质量均为m的物块连接在不可伸长的轻绳两端，并绕过光滑的定滑轮，其中物块A在传送带顶端，物块B竖直悬挂，物块与传送带的动摩擦因数为0.25（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力）。且给两物块相同速率，A物块初速度沿传送带向下，B物块速度竖直向上，且，下列能正确反映A物块在传送带上运动的图像是（，以沿传送带向下为正方向）()A. B.C. D.26.如图所示，放在粗糙的固定斜面上的物块A和悬挂的物体B均处于静止状态。轻绳AO绕过光滑的定滑轮与轻弹簧的右端及轻绳BO的上端连接于O点，轻弹簧中轴线沿水平方向，轻绳的OC段与竖直方向的夹角，斜面倾角，物块A和B的质量分别为，，弹簧的劲度系数，（，，重力加速度），求：（1）弹簧的伸长量x；（2）物块A受到的摩擦力。27.如图所示，以的速度顺时针匀速转动的水平传送带，左端与粗糙倾斜轨道在B点平滑对接，质量的小煤块（可以看作质点）从倾斜轨道上高处的A点由静止开始下滑。煤块与倾斜轨道间的动摩擦因数，煤块与传送带间的动摩擦因数为。倾斜轨道与水平面的夹角，传送带BC之间的距离。已知，，重力加速度。（1）求煤块到达B点时的速度大小；（2）求煤块从B点运动到C点的总时间t；（3）求煤块在传送带上的滑痕长度。28.如图所示，质量为的小球套在一根足够长的固定直杆上，杆与水平方向成角，球与杆之间的动摩擦因数。小球在大小为方向竖直向上的拉力F作用下，从距离杆的底端处由静止开始沿杆运动，经过后撤去拉力F（g取、、）求：（1）撤去拉力F前，小球沿杆的加速度大小；（2）小球沿杆向上滑行的位移大小；（3）小球从开始运动直至滑到杆的底端所需的时间。

答案以及解析基础知识点巩固1.加速度；运动学的规律2.加速度；牛顿第二定律练习1.答案：A解析：球2匀减速直线运动到停下，可以看作反向匀加速直线运动，可得根据牛顿第二定律可得联立求得A正确。故选A。2.答案：A解析：由题意知，该男孩在斜面上做匀加速运动，根据牛顿第二定律有，解得，又，可得，故A正确.3.答案：A解析：对于物料，解得，对于小霖，解得，根据牛顿第三定律，小霖对地面的压力大小为360N。故选A。4.答案：（1）；（2）48N解析：（1）小物块所受合外力恒定，将做初速度为零的匀加速直线运动，根据运动学公式可得其加速度大小为（2）根据牛顿第二定律可得解得5.答案：（1）；（2）解析：（1）根据牛顿第二定律有则物体加速度a的大小为（2）根据匀变速直线运动规律可得，物体在时速度v的大小为6.答案：(1)(2)解析：（1）由题意可知车做匀减速直线运动，其加速度大小又由牛顿第二定律有解得（2）车做匀减速直线运动的位移大小则货物的位移大小则货物的加速度大小由牛顿第二定律有解得7.答案：（1）（2）解析：（1）根据牛顿第二定律有解得。（2）设无人机失去升力时的速度大小为，向上做匀减速直线运动的位移大小为，加速度大小为，则有解得。8.答案：（1）（2）解析：（1）根据速度与位移的关系式有解得（2）由题意有根据牛顿第二定律有解得9.答案：A解析：AB.剪断细线前，A、B间无压力，则弹簧的弹力，剪断细线的瞬间，弹簧形变量不变，弹力仍为30N.对整体分析，整体加速度为：故物体A、B的加速度大小均为.故A符合题意，B不符合题意.CD.隔离对B分析，，解得：故CD不符合题意.10.答案：B解析：根据牛顿第二定律有根据运动学公式有联立解得故选B。11.答案：A解析：苹果和桔子碰伤所需的平均作用力均约为自身重力的3倍，可知苹果和桔子减速过程的加速度大小均为设与地板接触时，苹果和桔子的速度分别为、，根据题意有，可得根据自由落体运动公式可得苹果和桔子的碰伤阈值之比约为故选A。12.答案：B解析：由题意可知，小物块从静止开始做匀加速直线运动，设物块经过A点时的速度为，由物块由A到B过程有：代入相关数据可得：故物块到达B点时的速度设物块经过C点时的速度为，由物块由C到D过程有：代入相关数据可得：故物块由B到C的时间故选B。13.答案：C解析:AB.设滑块质量为m，传送带倾角为，刚开始时滑块受重力、支持力、沿传送带向下的摩擦力作用，由牛顿第二定律得滑块向下匀加速运动，当滑块与传送带达到共同速度时，如果则滑块受到沿传送带向上的摩擦力作用，由牛顿第二定律可得则滑块继续向下加速运动，加速度大小改变，故AB错误；C.若减小传送带的倾角，当滑块与传送带达到共同速度时此后滑块与传送带一起匀速运动，所以滑块可能先做加速运动后做匀速运动，故C正确；D.若传送带改为顺时针转动，若滑块不能向下运动；若则滑块一直向下匀加速运动，故D错误。故选C。14.答案：B解析：细线剪断前，小球A受到4个力的作用，重力、弹簧的弹力、细线的拉力和细绳的拉力，由力的平衡条件，可知弹簧的弹力为：，剪断细线的瞬间，由于A、B之间的细绳在竖直方向不会受到拉伸作用，所以细绳的拉力突变为零，小球A只受弹簧的弹力和重力，此时弹簧的弹力还是，所以此时小球A的合力为：，由牛顿第二定律可知，在剪断细线的瞬间，小球A的加速度大小为：，故B正确，A、C、D错误。故选：B。15.答案：B解析：A的速度沿轻绳方向的分速度与B的速度大小相等，则有，当时，A、B的速度大小之比是，当A环上升至与定滑轮的连线处于水平方向的位置Q时，B的速度，B正确，A、D错误；当A上升时，夹角α增大，由可知，B向下做减速运动，加速度方向向上，由牛顿第二定律可知，轻绳对B的拉力大于B的重力，C错误.16.答案：D解析：根据牛顿第二定律，对PQ的整体：；对物体P：；解得，故选D。17.答案：AB解析：A.对右边小球进行受力分析，沿细线方向斜右上方的拉力，和竖直向下的重力。设细线与竖直方向夹角为θ，根据牛顿第二定律有加速度水平向右，可以判断小车可能向右加速，或者向左减速。故A正确；B.同理，对左边小球受力分析，可得联立可得故B正确；C.根据上面选项的分析，可知当汽车加速度增大时，不变。故C错误；D.根据上面选项的分析，可知当汽车加速度减小时，小球2的细线的夹角变小，变小。故D错误。故选AB。18.答案：AD解析：A.剪断细绳的瞬间，对A受力分析有其中解得选项A正确；B.剪断细绳的瞬间，B的受力都不受影响，因此B的加速度大小为0，选项B错误；C.撤走薄板的瞬间，A的受力都不受影响，因此A的加速度大小为0，选项C错误；D.撤走薄板的瞬间，对B受力分析有解得选项D正确。故选AD。19.答案：AC解析：A.根据加速度定义，冰壶在冰面上滑行时的加速度大小为故A正确；B.由牛领第二定律可得解得冰壶与冰面间的动摩擦因数为故B错误；C.冰壶从离手到速度恰好为0的过程中平均速度大小故C正确；D.冰壶离手后在冰面上滑行的位移大小故D错误。故选AC。20.答案：BD解析：物块先加速运动，加速时做匀加速运动，物块在B点前可能已经和传送带共速，也可能一直加速到B端。故选BD。21.答案：(1)1m/s2(2)120N(3)0.2解析：(1)在速度时间图像中，加速度a等于图线的斜率。由图像可知(2)根据牛顿第二定律得根据题意得解得(3)设小朋友滑至底端的速度v，解得设水平滑行时的加速度大小为，根据牛顿第二定律得根据运动学公式解得22.答案：（1）；（2）2.7解析：（1）根据题意，设货车关闭发动机后加速前进的加速度为，冲上避险车道时速度的大小为，由牛顿第二定律有由运动学公式有联立代入数据解得（2）根据题意，设货车在避险车道上运动时的加速度大小为，在避险车道上所受摩擦阻力为f，由牛顿第二定律有由运动学公式有解得即在避险车道上所受摩擦阻力是车重的2.7倍。23.答案：A解析：作出圆柱形物体垂直于杆的平面内受力示意图根据题意，两直杆间的距离与圆柱形半径相同，则在沿杆的方向有垂直于杆的方向有又有代入数据解得故选A。24.答