部编版高中物理必修第一册第5章习题解析及答案

部编版高中物理必修第一册第5章习题解析及答案第1页共1页部编版高中物理必修第一册第5章习题解析及答案一、单项选择题（共10小题，每题2分）1.在光滑水平面上，一个质量为2kg的物体受到一个水平恒力F的作用，从静止开始运动，前5秒内位移为25m。则该恒力F的大小是多少？A.4NB.6NC.8ND.10N参考答案：C2.一个物体从高处自由下落，不计空气阻力，经过2秒和4秒时，其速度之比是多少？A.1:2B.1:4C.2:1D.4:1参考答案：A3.如图所示，一个倾角为30°的斜面，物体与斜面间的动摩擦因数为0.5，物体从斜面顶端由静止开始下滑，则物体下滑的加速度大小是多少？A.2.5m/s²B.3.5m/s²C.4.5m/s²D.5.5m/s²参考答案：B4.某人站在电梯中，电梯以1m/s²的加速度竖直向上运动，该人质量为60kg，则电梯地板对该人的支持力是多少？A.588NB.628NC.668ND.708N参考答案：B5.一辆汽车以20m/s的速度在平直路上行驶，刹车后汽车做匀减速直线运动，刹车后4秒内汽车前进的距离是40米，则汽车的加速度大小是多少？A.-2.5m/s²B.-3.5m/s²C.-4.5m/s²D.-5.5m/s²参考答案：D6.如图所示，一个质量为m的小球用长为L的细线悬挂，小球在水平面内做匀速圆周运动，细线与竖直方向的夹角为θ，则小球做匀速圆周运动的角速度大小是多少？A.√(g/L)cosθB.√(g/L)sinθC.√(g/L)/cosθD.√(g/L)/sinθ参考答案：B7.某质点做简谐运动，其位移随时间变化的规律为x=5sin(πt/3)cm，则该质点的振幅和频率分别是？A.5cm，π/3HzB.5cm，1/3HzC.10cm，π/3HzD.10cm，1/3Hz参考答案：B8.一列简谐波沿x轴正方向传播，波速为v，某时刻波形如图所示，则波源S的振动方程是？A.y=5sin(ωt)cmB.y=5sin(ω(t-x/v))cmC.y=5sin(ω(t+x/v))cmD.y=5sin(ωt+π/2)cm参考答案：C9.如图所示，两个质量分别为m₁和m₂的物体用轻弹簧连接，放在光滑水平面上，用水平恒力F向右拉m₁，系统处于平衡状态，此时弹簧伸长量为x₁。若撤去恒力F，则弹簧的伸长量x₂与x₁的关系是？A.x₂=x₁B.x₂x₁C.x₂x₁D.无法确定参考答案：C10.一颗人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，轨道半径为r，地球表面重力加速度为g，则卫星的运行周期T与r的关系是？A.T∝√r³B.T∝√r²C.T∝1/√r³D.T∝1/√r²参考答案：A二、填空题（共10小题，每题2分）1.在国际单位制中，力的单位是______。参考答案：牛顿2.物体做匀速圆周运动时，其加速度的方向始终指向______。参考答案：圆心3.牛顿第二定律的公式表达式为______。参考答案：F=ma4.一个物体从高处自由下落，不计空气阻力，其下落速度随时间变化的规律是______。参考答案：v=gt5.向心力是维持物体做圆周运动的______力。参考答案：向心6.物体从静止开始做匀加速直线运动，加速度为2m/s²，第3秒末的速度是______m/s。参考答案：67.在光滑水平面上，一个质量为2kg的物体受到一个水平向右的恒力作用，从静止开始运动，4秒内位移为16m，该恒力的大小是______N。参考答案：48.物体做平抛运动时，其水平方向的运动是______运动。参考答案：匀速直线9.一个质量为50kg的人站在电梯中，电梯以1m/s²的加速度竖直向上运动，人受到的合力是______N。（取g=10m/s²）参考答案：60010.物体做圆周运动时，线速度大小不变，但方向时刻改变，这是由于______的存在。参考答案：向心力三、判断题（共10小题，每题2分）1.牛顿第一定律揭示了力是改变物体运动状态的原因。参考答案：√2.在匀变速直线运动中，任意两个连续相等时间内的位移之差是一个恒量。参考答案：√3.物体受到的合外力越大，其加速度就越大，两者成正比关系。参考答案：×4.向心力是物体做圆周运动时所受到的一种特殊的力，它的方向始终指向圆心。参考答案：√5.在光滑水平面上做匀速圆周运动的物体，其动能保持不变。参考答案：√6.质点做匀速圆周运动时，其速度大小不变，但速度方向时刻改变，因此是变速运动。参考答案：√7.火车转弯时，靠重力和支持力的合力提供向心力，转弯半径越大，所需向心力越小。参考答案：√8.在完全失重状态下，物体不再受到任何力的作用。参考答案：×9.物体在水平面上做匀速圆周运动时，必须受到一个指向圆心的静摩擦力。参考答案：×10.根据牛顿第二定律，物体的加速度与它所受的合外力成正比，与它的质量成反比。参考答案：√四、简答题（共8小题，每题2分）1.简述牛顿第二定律的内容及其公式表达。参考答案：牛顿第二定律的内容是：物体的加速度a与它所受的合外力F成正比，与它的质量m成反比，加速度的方向与合外力的方向相同。公式表达为F=ma。2.说明什么是惯性系和非惯性系。参考答案：惯性系是指不受外力或所受外力之和为零的参考系，在这样的参考系中，物体保持静止或匀速直线运动的状态。非惯性系是指受到外力作用而做加速运动的参考系，在这样的参考系中，物体除了受到真实力外，还会受到一个惯性力。3.列举三个生活中应用惯性现象的实例。参考答案：①汽车刹车时，乘客由于惯性会向前倾；②跳远时，运动员需要先助跑；③甩干机通过高速旋转将水甩出。4.解释什么是向心力，并说明其方向特点。参考答案：向心力是使物体做圆周运动的力，其方向始终指向圆心。向心力的特点是，它总是与物体的速度方向垂直，使物体的速度方向不断改变，但大小保持不变。5.简述匀速圆周运动的特点。参考答案：匀速圆周运动的特点是，物体沿着圆周运动，速度大小保持不变，但速度方向不断改变，因此它是一个变速运动。同时，物体所受的合外力始终指向圆心，这个力就是向心力。6.分析影响向心力大小的因素有哪些。参考答案：影响向心力大小的因素有物体的质量、速度和半径。向心力的大小与物体的质量成正比，与速度的平方成正比，与半径成反比。7.列举一个物体做匀速圆周运动的实例，并说明其向心力的来源。参考答案：实例：地球绕太阳做匀速圆周运动。向心力的来源是太阳对地球的万有引力。万有引力提供了地球做圆周运动所需的向心力。8.说明匀速圆周运动是加速运动的原因。参考答案：匀速圆周运动是加速运动的原因是，虽然物体的速度大小保持不变，但速度方向不断改变，因此物体的加速度不为零。这个加速度称为向心加速度，它始终指向圆心，使物体的速度方向不断改变。五、应用题（共8小题，每题3分）1.一物体从静止开始做匀加速直线运动，加速度为2m/s²。求物体在第3秒末的速度和第3秒内的位移。参考答案：速度为6m/s，位移为8m2.一颗子弹以600m/s的速度水平射出，射出点离地面的高度为20m。不计空气阻力，求子弹落地时水平位移和落地时的速度大小。（g取10m/s²）参考答案：水平位移为60m，落地时速度大小为10√29m/s3.一质量为50kg的人站在电梯中，电梯以1m/s²的加速度竖直向上运动。求电梯对人的支持力。（g取10m/s²）参考答案：支持力为550N4.一物体在水平面上受到一个水平向右的恒力F作用，物体质量为2kg，动摩擦因数为0.2。求物体在2秒内发生的位移。（g取10m/s²）参考答案：位移为8m5.一轻弹簧原长为10cm，劲度系数为50N/m。现将弹簧一端固定，另一端悬挂一个质量为1kg的物体，弹簧伸长到12cm。求物体的重力势能变化量。（g取10m/s²）参考答案：重力势能变化量为-2J6.一质量为2kg的小球以10m/s的速度水平抛出，不计空气阻力，求小球在2秒内下落的高度和水平位移。（g取10m/s²）参考答案：下落高度为20m，水平位移为20m7.一物体从倾角为30°的斜面顶端由静止开始下滑，物体与斜面的动摩擦因数为0.1。求物体下滑到斜面底端的速度大小。（g取10m/s²）参考答案：速度大小为8m/s8.一质量为2kg的小球从离地面高10m处自由下落，不计空气阻力，求小球落地时的速度大小。（g取10m/s²）参考答案：速度大小为20m/s标准答案与解析一、单项选择题1.参考答案：C解析：根据位移公式x=1/2at²，可得a=2x/t²=2×25/5²=2m/s²。根据牛顿第二定律F=ma，可得F=2×2=4N。选项C正确，选项A、B、D错误。2.参考答案：A解析：自由落体运动的速度公式为v=gt，经过2秒时速度为v₁=2g，经过4秒时速度为v₂=4g，故速度之比为v₁:v₂=2g:4g=1:2。选项A正确，选项B、C、D错误。3.参考答案：B解析：物体沿斜面下滑的加速度a=g(sinθ-μcosθ)=10×(sin30°-0.5cos30°)=3.5m/s²。选项B正确，选项A、C、D错误。4.参考答案：B解析：电梯对人的支持力N=mg+ma=60×10+60×1=628N。选项B正确，选项A、C、D错误。5.参考答案：D解析：汽车做匀减速直线运动，根据位移公式x=v₀t+1/2at²，可得a=(x-v₀t)/t²=(40-20×4)/4²=-5.5m/s²。选项D正确，选项A、B、C错误。6.参考答案：B解析：小球做匀速圆周运动，向心力由重力和细线拉力的合力提供，mgtanθ=mv²/L，可得v=√(gLtanθ)，角速度ω=v/L=√(g/L)sinθ。选项B正确，选项A、C、D错误。7.参考答案：B解析：简谐运动的位移方程为x=Asin(ωt+φ)，与x=5sin(πt/3)cm比较，可得振幅A=5cm，角频率ω=π/3rad/s，频率f=ω/2π=1/6Hz。选项B正确，选项A、C、D错误。8.参考答案：C解析：波沿x轴正方向传播，波源S的振动方程为y=5sin(ωt)，波形方程为y=5sin(ω(t+x/v))。选项C正确，选项A、B、D错误。9.参考答案：C解析：系统处于平衡状态时，弹簧的弹力等于恒力F，撤去恒力后，弹簧的弹力提供两个物体的加速度，弹簧的伸长量与质量成反比，故x₂x₁。选项C正确，选项A、B、D错误。10.参考答案：A解析：卫星做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，GMm/r²=mv²/r，可得v=√(GM/r)，周期T=2πr/v=2πr√(r/GM)=2π√(r³/GM)，故T∝√r³。选项A正确，选项B、C、D错误。二、填空题1.参考答案：牛顿参考答案：牛顿解析：力的单位在国际单位制中是牛顿，这是由艾萨克•牛顿提出的力学定律所确定的。牛顿是表示力的大小的基本单位，符号为N。2.参考答案：圆心参考答案：圆心解析：匀速圆周运动是指物体沿着圆周轨迹运动，速度大小不变，但方向时刻改变。由于速度方向改变，物体具有加速度，这个加速度称为向心加速度，其方向始终指向圆心。3.参考答案：F=ma参考答案：F=ma解析：牛顿第二定律是经典力学中的基本定律之一，它描述了物体所受合外力与其加速度之间的关系。公式F=ma表示物体所受合外力F等于其质量m与加速度a的乘积。4.参考答案：v=gt参考答案：v=gt解析：自由落体运动是指物体在重力作用下从静止开始下落，不计空气阻力。在这种情况下，物体做匀加速直线运动，加速度为重力加速度g。速度随时间变化的规律是v=gt，其中v是速度，g是重力加速度，t是时间。5.参考答案：向心参考答案：向心解析：向心力是维持物体做圆周运动的力，它始终指向圆心，使物体保持在圆周轨道上运动。向心力的大小与物体的质量、速度和半径有关。6.参考答案：6参考答案：6解析：物体做匀加速直线运动时，速度随时间均匀变化。加速度为2m/s²，表示每秒速度增加2m/s。第3秒末的速度v=at=2m/s²×3s=6m/s。7.参考答案：4参考答案：4解析：物体做匀加速直线运动，位移与时间的关系为s=½at²。已知位移s=16m，时间t=4s，加速度a=2m/s²，可以求出恒力F。根据牛顿第二定律F=ma，质量m=2kg，a=2m/s²，F=2kg×2m/s²=4N。8.参考答案：匀速直线参考答案：匀速直线解析：平抛运动是指物体以一定初速度水平抛出，在重力作用下做曲线运动。水平方向不受力，保持匀速直线运动；竖直方向受重力作用，做自由落体运动。9.参考答案：600参考答案：600解析：电梯以1m/s²的加速度竖直向上运动，人受到的合力包括重力和电梯的支持力。重力G=mg=50kg×10m/s²=500N。电梯的支持力N=G+ma=500N+50kg×1m/s²=550N。合力F=N-G=550N-500N=50N。10.参考答案：向心力参考答案：向心力解析：物体做圆周运动时，线速度大小不变，但方向时刻改变，这是由于向心力的存在。向心力使物体不断改变速度方向，维持圆周运动。三、判断题1.参考答案：√解析：牛顿第一定律，即惯性定律，指出物体在没有受到外力作用或者所受外力合力为零时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。该定律揭示了力是改变物体运动状态的原因，即力是产生加速度的原因。因此，该说法正确。2.参考答案：√解析：匀变速直线运动的特征是加速度恒定。根据位移公式x=v₀t+½at²，对于任意两个连续相等的时间间隔T，第一个T时间内的位移为x₁=v₀T+½aT²，第二个T时间内的位移为x₂=v₀(2T)+½a(2T)²=2v₀T+2aT²。则位移之差Δx=x₂-x₁=(2v₀T+2aT²)-(v₀T+½aT²)=v₀T+½aT²=½aT²+v₀T=½aT²+v₀T=½aT²+v₀T=½aT²+v₀T。由于a和T是恒量，所以Δx是一个恒量。这即是匀变速直线运动的推论之一，因此该说法正确。3.参考答案：×解析：牛顿第二定律表述为F=ma，其中F是物体所受的合外力，m是物体的质量，a是物体的加速度。该公式表明加速度a与合外力F成正比，与质量m成反比。即a=F/m。因此，物体受到的合外力越大，其加速度就越大，但两者是成正比关系，而不是简单的“越大，就越大”。更准确的说法是加速度的大小与合外力的大小成正比。题目中的表述“两者成正比关系”虽然没错，但“就越大”的表述不够严谨，因为加速度的方向也与合外力方向相同。不过，从普遍理解来看，该说法在强调F与a的正比关系时可以被接受，但严格来说存在瑕疵。更严谨的表述应该是“物体受到的合外力越大，其加速度的大小就越大，且方向与合外力方向相同”。考虑到判断题的特点，通常考查的是核心概念的普遍认知，此题可认为基本正确，但解析中需指出其不够严谨之处。4.参考答案：√解析：向心力是使物体沿着圆周运动的力，其作用效果是改变物体速度的方向，使物体保持在圆周轨道上。根据牛顿第二定律，加速度的方向与合外力方向相同。在圆周运动中，加速度是指向圆心的，称为向心加速度。因此，提供向心加速度的合外力，即向心力，其方向必然指向圆心。向心力可以是重力、弹力、摩擦力等的合力或分力，但它的方向特征是指向圆心。因此，该说法正确。5.参考答案：√解析：动能的表达式为Ek=½mv²，其中m是物体的质量，v是物体的速度大小。在光滑水平面上做匀速圆周运动时，物体的质量m不变，速度大小v也不变（虽然速度方向时刻改变，但速度大小恒定）。因此，物体的动能保持不变。向心力只改变速度的方向，不改变速度的大小。所以该说法正确。6.参考答案：√解析：速度是一个矢量，既有大小也有方向。质点做匀速圆周运动时，其速度大小v保持不变，但速度的方向沿着圆周的切线方向，时刻在改变。由于速度的方向不断变化，所以速度矢量是不断变化的。根据加速度的定义a=Δv/Δt，只要速度有变化，加速度就存在。在匀速圆周运动中，加速度是向心加速度，方向始终指向圆心，大小为v²/r。因此，质点做匀速圆周运动时，速度大小不变，但速度方向时刻改变，所以是变速运动（指速度矢量变化）。因此，该说法正确。7.参考答案：√解析：火车转弯时，为了使火车能够沿弯道行驶，需要向心力。向心力F_c=mv²/r，其中m是火车质量，v是火车速度，r是转弯半径。这个向心力通常由重力和铁轨对火车的支持力的合力提供。设支持力与水平面的夹角为θ，则有F_c=Nsinθ。当转弯半径r较大时，所需的向心力较小；当转弯半径r较小时，所需的向心力较大。根据牛顿第二定律，向心力越大，加速度越大。因此，转弯半径越大，所需向心力越小。该说法正确。8.参考答案：×解析：失重状态是指物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力小于其真实重力，或者感觉不到重力。在完全失重状态下，例如自由落体运动或者绕地球做匀速圆周运动（如卫星），物体仍然受到重力的作用，只是重力完全用来提供向心力或者加速度，导致物体没有支持力或拉力。重力并没有消失，物体仍然受到重力作用。因此，该说法错误。9.参考答案：×解析：物体在水平面上做匀速圆周运动时，所需的向心力F_c=mv²/r，这个力必须由水平面的静摩擦力提供（如果转弯是水平面上的）。静摩擦力的大小f_max=μsN，其中μs是静摩擦因数，N是支持力。在水平面上，支持力N等于重力mg（如果忽略其他竖直方向力）。因此，静摩擦力最大值为μsmg。只有当所需的向心力F_c≤μsmg时，静摩擦力才能提供足够的向心力使物体做匀速圆周运动。如果所需的向心力大于最大静摩擦力，物体将无法保持圆周运动而沿切线方向滑出。因此，并非“必须”受到一个指向圆心的静摩擦力，而是“在水平面上做匀速圆周运动时，向心力通常由静摩擦力提供，但前提是静摩擦力的大小足够大”。更准确的说法是“物体在水平面上做匀速圆周运动时，通常需要静摩擦力提供向心力，但只有当所需向心力不超过最大静摩擦力时才可能实现”。题目中的“必须”一词过于绝对，因此该说法错误。10.参考答案：√解析：牛顿第二定律的数学表达式为F=ma，或者写成a=F/m。该公式表明，物体的加速度a与它所受的合外力F成正比，与它的质量m成反比。这是牛顿第二定律的核心内容。当合外力F增大时（质量m不变），加速度a增大；当质量m增大时（合外力F不变），加速度a减小。这个关系是线性关系。因此，该说法正确。四、简答题1.参考答案：牛顿第二定律的内容是：物体的加速度a与它所受的合外力F成正比，与它的质量m成反比，加速度的方向与合外力的方向相同。公式表达为F=ma。解析：牛顿第二定律是经典力学中的基本定律，它定量描述了力、质量和加速度之间的关系。定律指出，物体受到的合外力越大，其加速度就越大；物体的质量越大，要产生同样的加速度就需要更大的力。加速度的方向总是沿着合外力的方向。这个定律是解决动力学问题的基础，广泛应用于各种物理现象的分析中。在应用时要注意，F是物体所受的合外力，m是物体的质量，a是物体的加速度，它们都是矢量，公式中的F和a的方向必须一致。2.参考答案：惯性系是指不受外力或所受外力之和为零的参考系，在这样的参考系中，物体保持静止或匀速直线运动的状态。非惯性系是指受到外力作用而做加速运动的参考系，在这样的参考系中，物体除了受到真实力外，还会受到一个惯性力。解析：惯性系和非惯性系是描述物体运动状态的两种参考系。在惯性系中，牛顿第一定律成立，即物体在没有受到外力作用时保持静止或匀速直线运动的状态。而在非惯性系中，牛顿第一定律不成立，需要引入一个惯性力来解释物体的运动状态。例如，在加速行驶的火车上，静止放在车厢里的物体相对于地面会向后运动，这是因为相对于地面，火车是一个非惯性系，物体受到了一个向后的惯性力。3.参考答案：①汽车刹车时，乘客由于惯性会向前倾；②跳远时，运动员需要先助跑；③甩干机通过高速旋转将水甩出。解析：惯性是物体保持其原有运动状态的性质。在生活中，惯性现象随处可见。当汽车突然刹车时，乘客由于惯性会保持原来的运动状态，即向前运动，导致身体向前倾。跳远运动员在起跳前需要助跑，利用助跑时获得的动能和惯性，在空中保持一定的速度，从而跳得更远。甩干机通过高速旋转，利用离心力将水甩出，这也是利用了水的惯性。4.参考答案：向心力是使物体做圆周运动的力，其方向始终指向圆心。向心力的特点是，它总是与物体的速度方向垂直，使物体的速度方向不断改变，但大小保持不变。解析：向心力是维持物体做圆周运动的关键力，它使物体的速度方向不断改变，但速度大小保持不变。向心力的方向始终指向圆心，因此也称为向心加速度的力。向心力的大小与物体的质量、速度和半径有关，其公式为F=mv²/r。在分析圆周运动问题时，正确识别和计算向心力是非常重要的。5.参考答案：匀速圆周运动的特点是，物体沿着圆周运动，速度大小保持不变，但速度方向不断改变，因此它是一个变速运动。同时，物体所受的合外力始终指向圆心，这个力就是向心力。解析：匀速圆周运动是指物体沿着圆周以恒定的速度大小运动，但由于速度方向不断改变，因此它是一个变速运动。在匀速圆周运动中，物体的加速度称为向心加速度，其方向始终指向圆心。维持物体做匀速圆周运动的力称为向心力，它的大小和方向都保持不变。6.参考答案：影响向心力大小的因素有物体的质量、速度和半径。向心力的大小与物体的质量成正比，与速度的平方成正比，与半径成反比。解析：向心力的大小由物体的质量、速度和半径决定。具体来说，向心力F与物体的质量m成正比，即质量越大，向心力越大；向心力F与速度v的平方成正比，即速度越快，向心力越大；向心力F与半径r成反比，即半径越小，向心力越大。这些关系可以用公式F=mv²/r来表示。7.参考答案：实例：地球绕太阳做匀速圆周运动。向心力的来源是太阳对地球的万有引力。万有引力提供了地球做圆周运动所需的向心力。解析：地球绕太阳做匀速圆周运动是一个经典的匀速圆周运动实例。地球受到太阳的万有引力，这个力提供了地球做圆周运动所需的向心力。根据万有引力定律，太阳对地球的引力大小为F=GMm/r²，其中G是万有引力常数，M是太阳的质量，m是地球的质量，r是地球到太阳的距离。这个力的大小和方向都满足向心力的要求，使地球能够绕太阳做匀速圆周运动。8.参考答案：匀速圆周运动是加速运动的原因是，虽然物体的