高中物理課時練習5-3牛頓第二運動定律

二十一牛頓第二運動定律【基礎(chǔ)全面練】(20分鐘50分)一、選擇題(本題共6小題，每小題6分，共36分)1.如圖所示，質(zhì)量m＝10kg的物體，在水平地面上向左運動，物體與水平地面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.2，與此同時，物體受到一個水平向右的推力F＝20N的作用，則物體的加速度為(取g＝10m/s2)()A．0 B．4m/s2，水平向右C．2m/s2，水平向右 D．2m/s2，水平向左【解析】選B。物體受到的滑動摩擦力大小Ff＝μmg＝20N，方向水平向右，物體受到的合外力F合＝F＋Ff＝40N，方向水平向右，根據(jù)牛頓第二定律F合＝ma，得a＝4m/s2，方向水平向右。2．(2021·閔行區(qū)高一檢測)太空艙里測物體質(zhì)量的原理如下：先對標準物體施加一水平推力F，測得其加速度為20m/s2，然后將標準物體與待測物體緊靠在一起，施加同一水平推力F，測得共同加速度為8m/s2。已知標準物體質(zhì)量m1＝2.0kg，則待測物體質(zhì)量m2為()A.3.0kg B．5.0kgC．7.0kg D．8.0kg【解析】選A。對標準物體進行受力分析，根據(jù)牛頓第二定律可得：F＝m1a1＝2×20N＝40N對整體，由牛頓第二定律得F＝(m1＋m2)a2解得m2＝3.0kg，故A正確，B、C、D錯誤。3．下列單位中哪一組屬于國際單位制中的基本單位()A．米、牛頓、千克 B．米、千克、秒C．千克、焦耳、秒 D．米/秒、千克、牛頓【解析】選B。力學國際基本單位有3個：米、千克、秒，其他的都是導出單位。所以A、C、D錯誤，B正確。4.兩固定長桿上分別套有質(zhì)量均為m的A、B兩圓環(huán)，兩環(huán)上分別用輕質(zhì)細線懸吊著質(zhì)量均為m的兩物體C、D，如圖所示，當環(huán)沿長桿向下滑動時，物體與環(huán)保持相對靜止，圖甲中細線始終與桿垂直，圖乙中細線始終在豎直方向上，則()A．A環(huán)和物體C做的是勻速運動B．B環(huán)和物體D做的是勻加速運動C．A環(huán)與物體C的加速度是gsinθD．B環(huán)所受摩擦力大小為mgsinθ【解析】選C。假設(shè)A環(huán)與桿間的摩擦力為f，對A環(huán)受力分析，受重力、拉力、支持力，假設(shè)有向后的摩擦力f，如圖，根據(jù)牛頓第二定律，有運動方向：mAgsinθ－f＝mAa①對C，同樣有mCgsinθ＝mCa②其中mA＝mC＝m，由①②兩式，解得：f＝0，a＝gsinθ即得到A環(huán)不受摩擦力作用，A、C一起做勻加速運動，加速度是gsinθ，故A錯誤，C正確。對D物體受力分析，受重力和拉力，由于做直線運動，合力與速度在一條直線上，故合力為零，物體做勻速運動；再對B環(huán)受力分析，如圖，受重力、拉力、支持力，由于做勻速運動，合力為零，故必有沿桿向上的摩擦力，摩擦力大小為2mgsinθ。故B、D錯誤，故選C。【補償訓練】如圖所示，小球自a點由靜止自由下落，到b點時與彈簧接觸，到c點時彈簧被壓縮到最短。若不計彈簧質(zhì)量和空氣阻力，在小球由a→b→c的運動過程中()A．b點到c點先加速后減速B．b點的速度最大C．b點的加速度小于重力加速度gD．c點的加速度方向豎直向下【解析】選A。從b點到c點，小球受到重力和向上的彈力，彈力逐漸增大，開始時彈力小于重力，合力向下，加速度向下，小球做加速運動。后來，彈力大于重力，合力向上，加速度向上，小球做減速運動，所以b點到c點小球先加速后減速，故A正確；b、c間某位置彈力等于重力，小球的合力為零時速度最大，故B錯誤；在b點彈簧的彈力為零，合力為重力，小球的加速度等于重力加速度g，故C錯誤；b、c間某位置彈力等于重力，小球由于慣性，繼續(xù)向下運動，彈力增大，則在c點彈力大于重力，合力方向豎直向上，因此，c點的加速度方向豎直向上，故D錯誤。5.兩個質(zhì)量均為m的小球，用輕彈簧連接，小球A由輕繩懸掛在天花板上O點，兩球處于平衡狀態(tài)，如圖所示?，F(xiàn)突然剪斷輕繩OA，讓小球下落，在剪斷輕繩的瞬間，小球A、B的加速度分別用a1和a2表示，則()A．a(chǎn)1＝g，a2＝g B．a(chǎn)1＝0，a2＝2gC．a(chǎn)1＝g，a2＝0 D．a(chǎn)1＝2g，a2＝0【解析】選D。剪斷繩子前，彈簧的彈力為：F＝mg，剪斷繩子的瞬間，彈簧的彈力不變，隔離對B分析，B的合力仍為零，B的加速度為：a2＝0，對A分析，加速度為：a1＝eq\f(F＋mg,m)＝eq\f(mg＋mg,m)＝2g。故A、B、C錯誤，D正確。【加固訓練】(多選)如圖所示，物塊a、b和c的質(zhì)量相同，a和b、b和c之間用完全相同的輕彈簧S1和S2相連，通過系在a上的細線懸掛于固定點O。整個系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)?，F(xiàn)將細線剪斷，將物塊a的加速度記為a1，S1和S2相對于原長的伸長量分別記為Δl1和Δl2，重力加速度為g。在剪斷細線的瞬間()A．a(chǎn)1＝3g B．a(chǎn)1＝0C．Δl1＝2Δl2 D．Δl1＝Δl2【解析】選A、C。剪斷細線前，對整體由平衡條件可知，細線承受的拉力F＝3mg，剪斷細線瞬間，物塊a所受重力和彈簧拉力不變，由平衡條件可知重力與彈簧拉力合力大小為3mg，由牛頓第二定律可知，a1＝3g，A項正確，B項錯誤；在剪斷細線前，兩彈簧S1、S2彈力大小分別為FT1＝2mg、FT2＝mg，剪斷細線瞬間，兩彈簧彈力不變，由胡克定律F＝kx可知，Δl1＝2Δl2，C項正確，D項錯誤。6.如圖所示，在重大節(jié)日或活動現(xiàn)場會燃放大型的禮花煙火。假設(shè)禮花彈從炮筒中豎直向上射出時的初速度是60m/s，上升過程中所受的阻力大小始終與自身重力相等，重力加速度g取10m/s2，則禮花彈從射出到最高點所用的時間和離地面的距離分別為()A.6s90m B.3s180mC.3s90m D.6s180m【解題指南】解答本題應(yīng)把握以下三點：(1)明確禮花彈上升和下降過程的受力情況，分析運動情況。(2)運用牛頓第二定律求解上升和下降過程的加速度。(3)利用運動學公式求解問題?！窘馕觥窟xC。禮花彈受到豎直向下的重力和阻力，由牛頓第二定律有：mg＋f＝ma，又因為f＝mg，解得：a＝20m/s2，根據(jù)veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))＝2aH，解得：H＝90m，利用運動學知識有H＝eq\f(v0＋v,2)t，代入數(shù)據(jù)得：t＝3s，故A、B、D錯誤，C正確。二、計算題(14分。要有必要的文字說明和解題步驟，有數(shù)值計算的要標明單位)7.低空跳傘是一種極限運動，一般在高樓、懸崖、高塔等固定物上起跳。一名質(zhì)量為M＝70kg的跳傘運動員背有質(zhì)量為m＝10kg的傘包從某高層建筑頂層跳下(初速度不計)，且一直沿豎直方向下落，假設(shè)前2.0s運動員近似看作勻加速直線運動，且2.0s末的速度為18m/s，隨后拉開繩索開啟降落傘。當降落傘全部打開時，傘和運動員所受的空氣阻力大小跟下落速度的平方成正比，即f＝kv2。已知比例系數(shù)k＝20N·s2/m2，取g＝10m/s2。請計算：(1)起跳后2s內(nèi)運動員(包括其隨身攜帶的全部裝備)所受平均阻力的大小；(2)當降落傘全部打開后，運動員(包括其隨身攜帶的全部裝備)下落速度為10m/s時的加速度。【解析】(1)起跳后2s內(nèi)有v＝at，解得運動員加速度a＝9m/s2，根據(jù)牛頓第二定律有(M＋m)g－F阻＝(M＋m)a，解得F阻＝(M＋m)(g－a)＝80N；(2)根據(jù)牛頓第二定律有(M＋m)g－kv2＝(M＋m)a′，解得a′＝－15m/s2，即加速度大小為15m/s2，方向豎直向上。答案：(1)80N(2)15m/s2方向豎直向上【綜合突破練】(15分鐘40分)8．(9分)能夠從物理的視角看世界是學習物理的重要目標。下面四張圖片展現(xiàn)了生活中常見的情景，其中甲圖是自行車無動力沿著斜坡沖下，乙圖是自行車靠慣性沖上斜坡，丙圖是托球動作中乒乓球與球拍一起相對靜止向左運動的過程(虛線表示水平方向)，丁圖是在斜面上用豎直擋板卡住靜止的與丙圖相同的乒乓球，各圖中的θ角均相等，忽略空氣阻力和一切摩擦，對四個情景的物理規(guī)律分析正確的是()A.甲圖和乙圖中自行車的加速度不相同B．甲圖的自行車和丙圖中的乒乓球加速度可能相等C.丙圖中球拍和乒乓球可能一起做勻速直線運動D．丙圖的球拍和丁圖的斜面產(chǎn)生的彈力一定相等【解析】選D。甲圖中自行車無動力沿著斜坡沖下，乙圖中自行車靠慣性沖上斜坡，兩個圖中自行車受力情況相同：重力、垂直于斜坡向上的支持力，根據(jù)mgsinθ＝ma得a＝gsinθ，知加速度一定相同，故A錯誤；甲圖的自行車加速度沿斜坡向下，丙圖中的乒乓球加速度沿水平方向，則兩者加速度不可能相同，故B錯誤；丙圖中球拍和乒乓球受到豎直向下的重力和垂直于球拍斜向上的支持力，二力不在同一直線上，二力的合力水平向左，不可能做勻速直線運動，故C錯誤；丙圖中，對乒乓球，由豎直方向受力平衡有FN丙cosθ＝mg。丁圖中，乒乓球受到重力、斜面的彈力和擋板水平向右的彈力，豎直方向有FN丁cosθ＝mg可知FN丙＝FN丁，即丙圖的球拍和丁圖的斜面產(chǎn)生的彈力一定相等，故D正確。9．(9分)(2021·濰坊高一檢測)冰壺是奧運會一種投擲性競賽項目，很有觀賞性。運動員以一定初速度投出冰壺使其在冰面上自由滑行，v-t圖像如圖乙所示，則下列說法正確的是()A.冰壺做加速度逐漸增大的減速運動B．冰壺在t0秒內(nèi)運動的位移s＞eq\f(1,2)v0t0C．水平面的動摩擦因數(shù)逐漸減小D．冰壺在運動中點的瞬時速度小于中間時刻的瞬時速度【解析】選C。根據(jù)v-t圖線的斜率表示加速度，該圖線的斜率逐漸減小，可知冰壺做加速度減小的減速運動，故A錯誤；通過速度圖線與時間軸圍成的面積表示位移，若將該圖線與勻減速直線運動的圖線比較可知，冰壺在t0秒內(nèi)運動的位移s＜eq\f(1,2)v0t0，故B錯誤；冰壺運動水平運動的加速度是由摩擦力提供的，由牛頓第二定律：ma＝μmg，則：a＝μg，冰壺的加速度逐漸減小，則水平面的動摩擦因數(shù)逐漸減小，故C正確；冰壺在運動的中點處，兩側(cè)的位移大小相等，在v-t圖線上找到并標出冰壺在運動中點的瞬時速度和中間時刻的瞬時速度如圖，可知冰壺在運動中點的瞬時速度v1大于中間時刻的瞬時速度v2，故D錯誤。10.(9分)如圖所示，細線的一端系一質(zhì)量為m的小球，另一端固定在傾角為θ的光滑斜面體頂端，細線與斜面平行，在斜面體以加速度a水平向右做勻加速直線運動的過程中，小球始終靜止在斜面上，小球受到細線的拉力FT和斜面的支持力FN分別為(重力加速度為g)()A．FT＝m(gsinθ＋acosθ)，F(xiàn)N＝m(gcosθ－asinθ)B．FT＝m(gcosθ＋asinθ)，F(xiàn)N＝m(gsinθ－acosθ)C．FT＝m(asinθ－gcosθ)，F(xiàn)N＝m(gsinθ＋acosθ)D．FT＝m(acosθ－gsinθ)，F(xiàn)N＝m(gcosθ＋asinθ)【解析】選A。當加速度a較小時，小球與斜面一起運動，此時小球受重力、細線拉力和斜面的支持力，細線平行于斜面；小球的受力如圖。水平方向上由牛頓第二定律得：FTcosθ－FNsinθ＝ma豎直方向上由平衡條件得：FTsinθ＋FNcosθ＝mg聯(lián)立得：FN＝m(gcosθ－asinθ)FT＝m(gsinθ＋acosθ)，故A正確，B、C、D錯誤?！炯庸逃柧殹咳鐖D所示，一細線的一端固定于傾角為45°的光滑楔形滑塊A上的頂端O處，細線另一端拴一質(zhì)量為m＝0.2kg的小球靜止在A上。若滑塊從靜止向左勻加速運動時加速度為a(取g＝10m/s2)()A．當a＝5m/s2時，細線上的拉力為eq\f(3\r(2),2)NB．當a＝10m/s2時，小球受的支持力為eq\r(2)NC．當a＝10m/s2時，細線上的拉力為2ND．當a＝15m/s2時，若A與小球能相對靜止地勻加速運動，則地面對A的支持力一定小于兩個物體的重力之和【解析】選A。設(shè)加速度為a0時小球?qū)瑝K的壓力恰好等于零，對小球受力分析，受重力、拉力，根據(jù)牛頓第二定律，水平方向：F合＝Fcos45°＝ma0豎直方向：Fsin45°＝mg解得：a0＝g。當a＝5m/s2時，小球未離開滑塊，水平方向：Fcos45°－FNcos45°＝ma豎直方向：Fsin45°＋FNsin45°＝mg解得：F＝eq\f(3\r(2),2)N，故A正確；當加速度a＝10m/s2時，小球只受繩子拉力和重力，繩子上拉力F＝eq\r(2)mg＝2eq\r(2)N，故B、C錯誤；當加速度a＝15m/s2時，小球離開斜面，由于小球和斜面體相對靜止，對于整體，在豎直方向合力等于0，支持力等于兩個物體的重力大小，故D錯誤。11.(13分)如圖所示，在傾角θ＝37°的足夠長的固定的斜面底端有一質(zhì)量m＝1.0kg的物體。物體與斜面間動摩擦因數(shù)μ＝0.25，現(xiàn)用輕細繩將物體由靜止沿斜面向上拉動。拉力F＝10N，方向平行斜面向上。經(jīng)時間t＝4s繩子突然斷了，求：(1)繩斷時物體的速度大小。(2)從繩子斷了開始到物體再返回到斜面底端的運動時間。(sin37°＝0.60，cos37°＝0.80，g取10m/s2)【解析】(1)物體向上運動過程中，受力分析如圖甲所示：設(shè)加速度為a1，則有：F－mgsinθ－Ff＝ma1FN＝mgcosθFf＝μFN得：F－mgsinθ－μmgcosθ＝ma1代入解得：a1＝2.0m/s2所以，t＝4.0s時物體速度v1＝a1t＝8.0m/s(2)繩斷后，物體距斜面底端x1＝eq\f(1,2)a1t2＝16m。繩斷后，受力分析如圖乙所示：設(shè)加速度為a2，由牛頓第二定律得：mgsinθ＋μmgcosθ＝ma2得：a2＝g(sinθ＋μcosθ)＝8.0m/s2物體做減速運動時間：t2＝eq\f(v1,a2)＝1.0s減速運動位移：x2＝eq\f(v1t2,2)＝4.0m此后物體沿斜面勻加速下滑，受力分析如圖丙所示：設(shè)加速度為a3，則有：mgsinθ－μmgcosθ＝ma3得：a3＝g(sinθ－μcosθ)＝4.0m/s2設(shè)下滑時間為t3，則：x1＋x2＝eq\f(1,2)a3teq