2024-2025學(xué)年新教材高中物理第四章運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系5牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用練習(xí)含解析新人教版必修第一冊(cè)

PAGE5-第5節(jié)牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用考點(diǎn)1從受力確定運(yùn)動(dòng)狀況1.用30N的水平外力F,拉一個(gè)靜止在光滑水平面上的質(zhì)量為20kg的物體,力F作用3s后消逝。則第4s末物體的速度和加速度分別是()。A.v=4.5m/s,a=1.5m/s2 B.a=7.5m/s,a=1.5m/s2C.v=4.5m/s,a=0 D.v=7.5m/s,a=0答案：C2.(山東臨沂2024高一檢測(cè))如圖4-5-1所示,在傾角θ=37°的足夠長(zhǎng)的固定的斜面底端有一質(zhì)量m=1.0kg的物體。物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.25,現(xiàn)用輕細(xì)繩將物體由靜止沿斜面對(duì)上拉動(dòng)。拉力F=10.0N,方向平行于斜面對(duì)上。經(jīng)時(shí)間t=4.0s繩子突然斷了,求:圖4-5-1(1)繩斷時(shí)物體的速度大小;答案：物體向上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,受拉力F、支持力N、重力mg和摩擦力f,設(shè)物體向上運(yùn)動(dòng)的加速度為a1,依據(jù)牛頓其次定律有F-mgsinθ-f=ma1,由平衡條件得N=mgcosθ,又f=μN(yùn),解得a1=2.0m/s2,t=4.0s時(shí)物體的速度大小為v1=a1t=8.0m/s。(2)從繩子斷了起先到物體再返回到斜面底端的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。(sin37°=0.60,cos37°=0.80,g=10m/s2,10=3.2)答案：繩斷時(shí)物體距斜面底端的位移s1=12a1t2=16m繩斷后物體沿斜面對(duì)上做勻減速直線運(yùn)動(dòng),設(shè)運(yùn)動(dòng)的加速度大小為a2,則依據(jù)牛頓其次定律,對(duì)物體沿斜面對(duì)上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程有mgsinθ+μmgcosθ=ma2,解得a2=8.0m/s2,物體做減速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t2=v1a2=1.0s,減速運(yùn)動(dòng)的位移s2=v12t2=4此后物體將沿斜面勻加速下滑,設(shè)物體下滑的加速度為a3,依據(jù)牛頓其次定律,對(duì)物體加速下滑的過(guò)程有mgsinθ-μmgcosθ=ma3,解得a3=4.0m/s2。設(shè)物體由最高點(diǎn)到斜面底端的時(shí)間為t3,物體向下勻加速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程有s1+s2=12a3t32,解得t3=10s=3.2所以從繩子斷了起先到物體返回到斜面底端的時(shí)間為t總=t2+t3=4.2s?？键c(diǎn)2從運(yùn)動(dòng)狀況確定受力3.(東北師大附中2024期中考試)如圖4-5-2所示,有一輛汽車滿載西瓜在水平路面上勻速前進(jìn),突然發(fā)生意外狀況,緊急剎車做勻減速運(yùn)動(dòng),加速度大小為a,則中間一質(zhì)量為m的西瓜A受到其他西瓜對(duì)它的作用力的大小是()。圖4-5-2A.mg2-a2 B.maC.mg2+a2答案：C解析：西瓜與汽車具有相同的加速度a,對(duì)西瓜A受力分析如圖所示,F表示四周西瓜對(duì)西瓜A的作用力,則由牛頓其次定律得F2-(mg)2=ma,解得F=mg24.(湖北武漢二中2024高一檢測(cè))如圖4-5-3甲所示,光滑平臺(tái)右側(cè)與一長(zhǎng)為L(zhǎng)=2.5m的水平木板相接,木板固定在地面上,現(xiàn)有一小滑塊以初速度v0=5m/s滑上木板,恰好滑到木板右端停止。現(xiàn)讓木板右端抬高,如圖4-5-3乙所示,使木板與水平地面的夾角θ=37°,讓滑塊以相同的初速度滑上木板,不計(jì)滑塊滑上木板時(shí)的能量損失,g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。求:圖4-5-3(1)滑塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ;答案：滑塊在水平木板上滑行時(shí)有v02=2aL,μmg=ma,解得μ=0.(2)滑塊從滑上傾斜木板到滑回木板底端所用的時(shí)間t。答案：滑塊沿斜面上滑階段有mgsinθ+μmgcosθ=ma1,t1=v0a1,x=v02t1,滑塊下滑階段有mgsinθ-μmgcosθ=ma2,x=12a2t22,t=t1+t2考點(diǎn)3牛頓其次定律與圖像綜合5.(上海楊浦2024高一診斷)如圖4-5-4所示,在光滑的水平面上有一段長(zhǎng)為L(zhǎng)、質(zhì)量分布勻稱的繩子,繩子在水平向左的恒力F作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。繩子上某一點(diǎn)到繩子右端的距離為x,設(shè)該處的張力為T,則圖4-5-5中能正確描述T與x之間的關(guān)系的是()。圖4-5-4圖4-5-5答案：A解析：設(shè)長(zhǎng)L的繩子質(zhì)量為m,在F作用下加速度為a,則F=ma。對(duì)長(zhǎng)度為x的繩子部分有T=xLma,聯(lián)立得T=FLx,故6.雨滴從空中由靜止落下,若雨滴下落時(shí)空氣對(duì)其的阻力隨雨滴下落速度的增大而增大,如圖4-5-6所示的圖像可以正確反映雨滴下落運(yùn)動(dòng)狀況的是()。圖4-5-6答案：C解析：對(duì)雨滴受力分析,由牛頓其次定律得mg-Ff=ma。雨滴加速下落,速度增大,阻力增大,故加速度減小,在v-t圖像中其斜率變小,故選項(xiàng)C正確。7.(湖南2024多校聯(lián)考)(多選)如圖4-5-7甲所示,物塊的質(zhì)量m=1kg,初速度v0=10m/s,在一水平向左的恒力F作用下從O點(diǎn)沿粗糙的水平面對(duì)右運(yùn)動(dòng),某時(shí)刻后恒力F突然反向,整個(gè)過(guò)程中物塊速度的二次方隨位置坐標(biāo)改變的關(guān)系圖像如圖4-5-7乙所示,g=10m/s2。下列說(shuō)法中正確的是()。圖4-5-7A.0~5s內(nèi)物塊做勻減速運(yùn)動(dòng)B.在t=1s時(shí)刻,恒力F反向C.恒力F大小為10ND.物塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.3答案：BD解析：由題圖乙得物塊在前5m位移內(nèi)做勻減速運(yùn)動(dòng),在5~13m位移內(nèi)做勻加速運(yùn)動(dòng),且由圖線斜率得勻減速運(yùn)動(dòng)的加速度大小a1=1002×5m/s2=10m/s2,勻加速運(yùn)動(dòng)的加速度大小a2=642×(13-5)m/s2=4m/s2,勻減速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t=v0a1=1s,又由牛頓其次定律得F+μmg=ma1和F-μmg=ma2,聯(lián)立解得F=7N,8.(北京朝陽(yáng)2024高一期末)固定的光滑細(xì)桿與地面成肯定傾角,桿上套有一個(gè)光滑小環(huán),小環(huán)在沿桿方向的推力F作用下向上運(yùn)動(dòng),如圖4-5-8甲所示。已知推力F與小環(huán)速度v隨時(shí)間改變的規(guī)律如圖4-5-8乙和丙所示,重力加速度g取10m/s2,由以上條件可求得()。圖4-5-8A.小環(huán)的質(zhì)量m=0.5kgB.小環(huán)的質(zhì)量m=2.0kgC.細(xì)桿與地面的夾角α=30°D.細(xì)桿與地面的夾角α=37°答案：C解析：由題圖中v-t圖像可知,0~2s內(nèi)小環(huán)做勻加速運(yùn)動(dòng)的加速度為a=vt=12m/s2=0.5m/s2;2s以后小環(huán)做勻速直線運(yùn)動(dòng)。0~2s內(nèi),由牛頓其次定律得F1-mgsinα=ma……①,2s后物體做勻速運(yùn)動(dòng),由共點(diǎn)力平衡條件得F2=mgsinα……②,由①②兩式,代入數(shù)據(jù)可解得m=1kg,α=30°。故C正確,A、B、D錯(cuò)誤。故選9.(浙江金華一中2024期末考試)如圖4-5-9所示,水平傳送帶勻速運(yùn)動(dòng),在傳送帶的右側(cè)固定一彈性擋桿,在t=0時(shí)刻,將工件輕輕放在傳送帶的左端,當(dāng)工件運(yùn)動(dòng)到彈性擋桿所在的位置時(shí)與擋桿發(fā)生碰撞,已知碰撞時(shí)間極短,不計(jì)碰撞過(guò)程的能量損失。則從工件起先運(yùn)動(dòng)到與擋桿其次次碰撞前的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,圖4-5-10中工件運(yùn)動(dòng)的v-t圖像可能是()。圖4-5-9圖4-5-10答案：C解析：在t=0時(shí)刻,將工件輕輕放在傳送帶的左端時(shí),工件起先以加速度a=μg做勻加速直線運(yùn)動(dòng),工件與擋桿第一次碰撞后速度必需反向,所以選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;若當(dāng)工件與傳送帶相對(duì)靜止時(shí)才與擋桿發(fā)生碰撞,則碰撞以后速度大小不變,方向反向,當(dāng)速度反向減速到零以后再向右加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)工件剛好與傳送帶相對(duì)靜止時(shí)與擋桿發(fā)生其次次碰撞,選項(xiàng)C正確;工件與彈性擋桿發(fā)生碰撞前的加速過(guò)程中和工件與彈性擋桿碰撞后的減速過(guò)程中所受滑動(dòng)摩擦力不變,即兩過(guò)程中加速度大小不變,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。10.(山西太原2024高三期末)如圖4-5-11所示,鋼球從某一高度自由下落到一固定在水平地面上的豎直輕彈簧上,在鋼球與彈簧接觸到彈簧被壓縮到最短的過(guò)程中,鋼球沿豎直方向運(yùn)動(dòng)。選豎直向下為正方向,則彈簧對(duì)鋼球的彈力F、鋼球的加速度a、速度v隨彈簧形變量x的改變規(guī)律如圖4-5-12所示,其中大致正確的是()。圖4-5-11圖4-5-12答案：A解析：依據(jù)F=kx知彈力與形變量x成正比,由于向下為正方向,而彈簧的彈力方向向上,選項(xiàng)A中的圖線向下