课时跟踪检测（二十二） 牛顿第二定律

课时跟踪检测（二十二）牛顿第二定律A组—重基础·体现综合1．下列关于加速度大小的判断正确的是()A．由公式a＝eq\f(Δv,Δt)可知，a与Δv成正比、与Δt成反比B．由公式a＝eq\f(Δv,Δt)可知，a与Δv成反比、与Δt成正比C．由公式a＝eq\f(F,m)可知，a与F成正比、与m成反比D．由公式a＝eq\f(F,m)可知，a与F成反比、与m成正比答案：C2．质量为3kg的物体受到两个力F1和F2的作用，F1＝3N，F2＝9N，则它的加速度的数值范围是()A．1m/s2≤a≤3m/s2 B．2m/s2≤a≤4m/s2C．1m/s2≤a≤2m/s2 D．1m/s2≤a≤4m/s2答案：B3．(选自新鲁科版课后练习)(多选)如图所示，火车在平直轨道上运动，车厢中的光滑水平桌面上用轻弹簧拴着一个小球，弹簧处于自然长度。当乘客看到弹簧的长度变长时，火车可能的运动情况是()A．火车向右方运动，速度在增大B．火车向右方运动，速度在减小C．火车向左方运动，速度在增大D．火车向左方运动，速度在减小答案：BC4．如图所示，三个完全相同的物块1、2、3放在光滑水平桌面上。现用大小相同的外力F沿图示方向分别作用在三个物块上，三者都做加速运动，令a1、a2、a3分别代表物块1、2、3的加速度，则()A．a1>a2>a3 B．a1<a2<a3C．a1＝a2<a3 D．a1＝a2>a3答案：C5．(多选)如图所示，物体A放在固定的倾角为α的斜面B上，在A上施加一个竖直向下的恒力F，下列说法中正确的有()A．若A原来是静止的，则施加力F后，A仍保持静止B．若A原来是静止的，则施加力F后，A将加速下滑C．若A原来是加速下滑的，则施加力F后，A的加速度不变D．若A原来是加速下滑的，则施加力F后，A的加速度将增大答案：AD6．在光滑水平桌面上，物块A用轻绳和物块B连接，轻绳跨过定滑轮，物块B悬空，如图甲所示，系统从静止开始，运动的加速度为a1。在图乙中，若对轻绳施加一个和物块B重力相等的拉力F，物块A从静止开始运动的加速度为a2则()A．a1＜a2 B．a1＝a2C．a1＞a2 D．无法判断解析：选A题图甲两物块构成连接体模型，对系统由牛顿第二定律mBg＝(mA＋mB)a1，可得：a1＝eq\f(mBg,mA＋mB)；题图乙中是拉力F＝mBg拉着细绳带动A做匀加速直线运动，由牛顿第二定律mBg＝mAa2，可得a2＝eq\f(mBg,mA)，比较两加速度可得a1<a2，故A正确。7．惯性制导系统已广泛应用于弹道式导弹工程中，这个系统的重要元件之一是加速度计，加速度计构造原理的示意图如图所示；沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一质量为m的滑块，滑块两侧分别与劲度系数均为k的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相连，滑块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导。设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离O点距离为s，则这段时间内导弹的加速度()A．方向向左，大小为eq\f(ks,m) B．方向向右，大小为eq\f(ks,m)C．方向向左，大小为eq\f(2ks,m) D．方向向右，大小为eq\f(2ks,m)解析：选D取滑块m为研究对象，当指针向左偏时，滑块左侧弹簧被压缩而右侧弹簧被拉伸。两个弹力大小为F左＝F右＝ks，方向均是指向右侧，如图所示，由牛顿第二定律可得：a＝eq\f(F,m)＝eq\f(2ks,m)，方向向右，故只有D选项正确。8．(多选)如图所示，物块a、b和c的质量相同，a和b、b和c之间用完全相同的轻弹簧S1和S2相连，通过系在a上的细线悬挂于固定点O。整个系统处于静止状态。现将细线剪断，将物块a的加速度的大小记为a1，S1和S2相对于原长的伸长分别记为Δl1和Δl2，重力加速度大小为g。在剪断的瞬间()A．a1＝3g B．a1＝0C．Δl1＝2Δl2 D．Δl1＝Δl2解析：选AC设物块的质量为m，剪断细线的瞬间，细线的拉力消失，弹簧还没有来得及改变，所以剪断细线的瞬间a受到重力和弹簧S1的拉力T1，剪断前对bc和弹簧组成的整体分析可知T1＝2mg，故a受到的合力F＝mg＋T1＝mg＋2mg＝3mg，故加速度a1＝eq\f(F,m)＝3g，A正确，B错误；设弹簧S2的拉力为T2，则T2＝mg，根据胡克定律F＝kΔx可得Δl1＝2Δl2，C正确，D错误。9．如图所示，质量为1kg的物体静止在水平面上，物体与水平面间的动摩擦因数μ＝0.5，物体受到大小为20N、与水平方向成37°角斜向下的推力F作用时，沿水平方向做匀加速直线运动，求物体加速度的大小。(g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)解析：取物体为研究对象，受力分析如图所示，建立直角坐标系。水平方向上：Fcos37°－Ff＝ma， ①竖直方向上：FN＝mg＋Fsin37°， ②又因为：Ff＝μFN， ③联立①②③求解得：a＝5m/s2。答案：5m/s2B组—重应用·体现创新10．在静止的车厢内，用细绳a和b系住一个小球，绳a斜向上拉，绳b水平向左拉，如图所示。现让车从静止开始向右做匀加速运动，小球相对于车厢的位置不变，与小车静止时相比，绳a、b的拉力Fa、Fb的变化情况是()A．Fa变大，Fb不变 B．Fa变大，Fb变小C．Fa不变，Fb变小 D．Fa不变，Fb变大解析：选C以小球为研究对象，分析受力情况，如图所示，根据牛顿第二定律得，水平方向：Fasinα－Fb＝ma， ①竖直方向：Facosα－mg＝0， ②由题知α不变，由②分析知Fa不变，由①知Fb＝Fasinα－ma<Fasinα，即Fb变小。11.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g＝10m/s2。某时刻将细线剪断，则剪断细线瞬间()A．B的加速度大小为a＝4m/s2B．A的加速度大小为a＝eq\f(50,3)m/s2C．B对A的压力大小为0D．B对A的压力大小为20N解析：选A剪断细线前，A、B间无压力，则弹簧的弹力F＝mAg＝30N，剪断细线的瞬间，弹簧形变量不变，弹力仍为30N。对A、B整体分析，整体加速度a＝eq\f(mA＋mBg－F,mA＋mB)＝4m/s2，所以A、B的加速度大小均为4m/s2，故选项A正确，选项B错误。隔离B分析，mBg－FN＝mBa，解得FN＝mBg－mBa＝2×10N－2×4N＝12N，由牛顿第三定律知B对A的压力大小为12N，故选项C、D错误。12.一倾角为30°的斜面上放一木板，木板上固定一支架，支架末端用细绳悬挂一小球，木板在斜面上下滑时，小球与木板相对静止共同运动。求细线在下述两种情况下木板下滑的加速度。(g取10m/s2)(1)沿竖直方向；(2)与斜面方向垂直。解析：(1)当细线沿竖直方向时，小球受力如图甲所示。FT1与mg都是竖直方向，小球沿斜面方向运动，故不可能有加速度，说明木板沿斜面匀速下滑，此时加速度为0。(2)当细线与斜面方向垂直时，小球的受力如图乙所示，FT2与mg的合力必沿加速度方向，即沿斜面方向，做出平行四边形，可知合力F合＝mgsinθ，由牛顿第二定律知a2＝eq\f(F合,m)＝gsinθ＝10×sin30°＝5m/s2，加速度方向沿斜面向下。答案：(1)0(2)5m/s2，方向沿斜面向下第四章综合提升物理思想方法一、整体法和隔离法的应用整体法和隔离法是解决平衡问题、连接体问题及多个物体的动力学问题时经常用到的解题方法，要注意应用整体法的前提是相互作用的物体必须具有相同的加速度．在一些问题中，隔离法和整体法经常交替使用．求解连接体的内力时，先用整体法求出系统的加速度，再用隔离法求解出物体间的内力；求解连接体的外力时，先用隔离法分析某一个物体的受力情况和运动情况，求出加速度，再用整体法求解外力．例1一辆货车运载着相同的圆柱形光滑的空油桶．A、B两桶置于固定在车上的框中，相互紧贴，C桶自由地摆放在A、B之间，如图所示．已知重力加速度为g，三只桶的质量均为m.(1)若汽车静止，求此时B对C的支持力大小F1.(2)若汽车静止，求此时框底给B的支持力大小F.(3)若汽车正在行驶，且此时A对C的支持力恰好为0，求此时汽车的加速度大小．二、临界、极值问题的求解1．动力学中的典型临界问题的临界条件(1)接触与脱离的临界条件：相互作用的弹力FN＝0.(2)相对静止与相对滑动的临界条件：静摩擦力达到最大值．(3)绳子绷紧与松弛的临界条件：绳子的张力FT＝0.(4)绳子断裂的临界条件：绳中张力等于绳子能承受的最大张力．(5)加速度最大的临界条件：合外力最大．(6)速度最大的临界条件：加速度为零．2．研究受力平衡物体的极值问题的常用方法(1)物理分析法：通过对物理过程的分析，抓住临界(或极值)条件求解．(2)解析法：根据平衡条件列方程，写出物理量之间的函数关系式，在解方程时应用数学知识求极值，通常用到的数学知识有二次函数、均值不等式以及三角函数等．解题时注意一定要根据物理理论对解的合理性及物理意义进行讨论或说明．(3)图解法：根据平衡条件作出力的矢量图，如物体只受三个力，则这三个力构成封闭的矢量三角形，然后由图进行动态分析，确定最大值和最小值，这种方法的好处是简便、直观．例2如图所示，光滑水平面上放置质量分别为m、2m的物块A和木板B，A、B间的最大静摩擦力为μmg，现用水平拉力F拉B，使A、B以同一加速度运动，求拉力F的最大值．拓展迁移1在【例2】中，若拉力F作用在A上，如图所示，求拉力F的最大值．拓展迁移2【例2】中，在拉力F作用在A上的基础上，再改为：B与水平面间的动摩擦因数为16μ(认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，使A、B以同一加速度运动，求拉力F例3如图所示，细线的一端固定在倾角为45°的光滑楔形滑块A的顶端P处，细线的另一端拴一质量为m的小球(重力加速度为g)．(1)当滑块至少以多大的加速度向右运动时，细线对小球的拉力刚好等于零？(2)当滑块至少以多大的加速度向左运动时，小球对滑块的压力等于零？(3)当滑块以a′＝2g的加速度向左运动时，细线的拉力为多大？核心素养提升本章的主要内容是运用牛顿运动定律分析求解力和运动相关问题，选取与生活实际相关的情景，如利用“加速度测量仪”中木块的运动情况，分析车辆的运动情况．在日常生活中，多从物理学的角度分析工具等的工作原理，从而促进物理观念的形成，提升学科综合应用能力．情境1中欧班列——科学思维，科学推理例4一列列驰骋的中欧班列将急需的防疫及生产生活物资送至沿线各国，为战胜疫情增添了信心和力量，成为各国携手抗疫的“生命通道”．假设某运送防疫物资的班列由40节质量相等的车厢组成，在车头牵引下，列车沿平直轨道匀加速行驶时，第4节对第5节车厢的牵引力为F.若每节车厢所受摩擦力、空气阻力均相等，则倒数第4节对倒数第5节车厢的作用力为()A．FB．F9C．F19情境2“传送带”——模型建构、科学思维例5[2023·辽宁省抚顺市六校协作体高一上期末](多选)在民航机场和火车站可以看到用于对行李进行安全检查的水平传送带，旅客把行李箱轻轻放到传送带一端，传送带对行李箱的滑动摩擦力使行李开始运动，随后它们保持相对静止，行李箱随传送带一起前进到另一端，若传送带保持匀速前进的速度v为0.5m/s，行李箱与传送带之间的动摩擦因数μ为0.25，传送带长1.0米，不计除重力及传送带作用力之外的其他力，g取10m/s2.下列说法正确的是()A．行李箱受到传送带的静摩擦力与行李运动的方向相同B．行李箱到达另一端的时间为2.1sC．行李箱给传送带留下的摩擦痕迹长为0.05mD．行李箱到达另一端的速度为5m/s模型点拨分析传送带问题的三个步骤(1)初始时刻，根据v物、v带的关系，确定物体的受力情况，进而确定物体的运动情况．(2)确定临界状态v物＝v带的受力情况，判断之后的运动情况．(3)运用相应规律，进行相关计算．情境3游乐场中的“激流勇进”——模型建构例6如图所示，为游乐场中深受大家喜爱的“激流勇进”的娱乐项目，人坐在船中，随着提升机到达高处，由静止开始沿着斜坡滑道飞滑而下，劈波斩浪的刹那带给人惊险刺激的感受．设乘客与船的总质量为m＝100kg，滑板与斜坡滑道和水平滑道间的动摩擦因数均为μ＝0.5，斜坡滑道的倾角θ＝37°(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)，斜坡滑道与水平滑道间是平滑连接的(即经过B点速度大小不变)，整个运动过程中空气阻力忽略不计，船在斜坡滑道上滑行8s进入水平轨道，重力加速度g取10m/s2求：(1)船沿倾斜滑道下滑时的加速度；(2)船沿倾斜滑道下滑的距离；(3)它在水平滑道滑行直到停止所需要的时间．情境4加速度测量仪——综合素养例7[2023·北京高一联考]某同学使用轻弹簧、直尺、钢球等制作了一个“竖直加速度测量仪”．如图所示，弹簧上端固定，在弹簧旁沿弹簧长度方向固定一直尺．不挂钢球时，弹簧下端指针位于直尺20cm刻度处；下端悬挂钢球，静止时指针位于直尺40cm刻度处．将直尺不同刻度对应的加速度标在直尺上，就可用此装置直接测量竖直方向的加速度．取竖直向上为正方向，重力加速度大小为g.下列说法正确的是()A．30cm刻度对应的加速度为－0.5gB．40cm刻度对应的加速度为gC．50cm刻度对应的加速度为2gD．各刻度对应加速度的值是不均匀的第四章综合提升物理思想方法[例1]解析：(1)依题意，对C桶受力分析，受到重力mg，B和A分别对C的支持力大小F1及F2，根据几何知识结合对称性可知F1及F2方向的夹角为θ＝60°，且F1＝F2，根据平衡条件结合平行四边形定则，可得此时B对C的支持力大小F1＝F2＝G2cosθ(2)若汽车静止，对A、B、C整体受力分析，在竖直方向上，根据平衡条件可得2F＝3mg可得此时框底给B的支持力大小F＝32(3)若汽车正在行驶，且此时A对C的支持力恰好为0，根据汽车与C加速度相同，对C受力分析，根据牛顿第二定律有mgtanθ2＝可得此时汽车的加速度大小为a＝gtan30°＝33答案：(1)33mg(2)32mg(3)[例2]解析：A、B两物体恰好相对滑动时，由牛顿第二定律得：对A：μmg＝ma，对A、B系统：F＝(m＋2m)a，解得：F＝3μmg.答案：3μmg拓展迁移1解析：A、B两物体恰好相对滑动时由牛顿第二定律得：对B：μmg＝2ma，对A、B系统：F＝(m＋2m)a，解得：F＝1.5μmg.答案：1.5μmg拓展迁移2解析：A、B两物体恰好相对滑动时由牛顿第二定律得：对B：μmg－16μ(m＋2m)g＝2对A、B系统：F－16μ(m＋2m)g＝(m＋2m)解得：F＝54μmg答案：54[例3]解析：(1)对小球受力分析如图甲所示．根据牛顿第二定律有mgtan45°＝ma1解得加速度a1＝g时，细线对小球的拉力刚好为零．(2)对小球受力分析如图乙所示，根据牛顿第二定律，水平方向：F合＝Fcos45°＝ma2竖直方向：Fsin45°＝mg解得a2＝g即滑块至少以a2＝g的加速度向左加速运动时，小球对滑块的压力等于零．(3)当滑块向左的加速度大于g时，小球将“飘”离斜面而只受细线的拉力和重力的作用，如图丙所示，假设FT与水平面夹角为α，根据牛顿第二定律，在水平方向：F′合＝FTcosα＝ma′，且a′＝2g竖直方向受力平衡，则有FTsinα＝mg得tanα＝1解得细线的拉力FT＝mgsinα＝5答案：(1)g(2)g(3)5mg核心素养提升[例4]解析：根据题意可知第4节车厢对第5节车厢的牵引力为F，每节车厢质量相等，设为m，每节车厢所受阻力相同，设为Ff.以第5～40节车厢为研究对象，根据牛顿第二定律有F－36Ff＝36ma，设倒数第5节车厢对倒数第4节车厢的牵引力为F′，则根据牛顿第二定律有F′－4Ff＝4ma，联立解得F′＝F9，根据牛顿第三定律可得倒数第4节车厢对倒数第5节车厢的作用力大小也为F答案：B[例5]解析：刚开始行李箱的速度小于传送带的速度，此时行李箱受到传送带的滑动摩擦力与行李运动的方向相同，当达到共速后，行李箱不受摩擦力，故A错误；行李箱加速时，ma＝μmg，行李箱加速到和传送带速度相同的时间t1＝