内容正文:
假期作业7 牛顿第二定律的综合应用
2024年1月31日至2
月4日第十四届全国冬季
运动会在张家口举行,如图
所示为滑雪运动员从山坡
向下滑雪时的照片.
请对以下结论作出判断:
(1)滑雪运动员从山坡上滑下时,其运动状态
与受力情况无关. ( )
(2)根据滑雪运动员的加速度方向,可以判断
滑雪运动员受到的每个力的方向.( )
(3)滑雪运动员的运动情况是由其受力情况决
定的. ( )
(4)已知滑雪运动员的加速度及质量,可以确
定滑雪运动员所受的合外力. ( )
(5)滑雪运动员在加速下滑的过程中处于超重
状态. ( )
◆[知识点一] 超重 失重现象
1.(2025成都市高一期末)如图,体重为50
kg的某同学在乘坐电梯时,手里拿着一个
由轻质弹性细绳和质量为01kg的小球构
成的玩具,此时他发现轻质弹性细绳的伸长
量为电梯静止时的4
5
,重力加速度大小取g
=10m/s2.下列说法正确的是 ( )
A.该同学处于超重状态
B.该同学对电梯地板的压力大小为501N
C.电梯可能加速下降,加速度大小为8m/s2
D.电梯可能减速上升,加速度大小为2m/s2
2.(多选)(2025温州市高一期末)智能手机
内置了多种传感器,可利用其中的加速度传
感器记录手机在竖直方向加速度随时间的
变化情况.甲、乙分别为手机记录的两种竖
直方向运动的aGt图像,并已设置竖直向上
为正方向.下列说法正确的是 ( )
A.图甲可能是小明拿着手机从7楼乘坐电
梯到1楼过程的aGt图像
B.图甲可能是小明拿着手机从1楼乘坐电
梯到7楼过程的aGt图像
C.图乙可能是小明托着手机一次“起立—
下蹲”过程的aGt图像
D.图乙可能是小明托着手机一次“下蹲—
起立”过程的aGt图像
◆[知识点二] 连接体问题
3.五个质量相等的物体置
于光滑的水平面上,如图所示,现向右施加
大小为F、方向水平向右的恒力,则第2个
物体对第3个物体的作用力等于 ( )
A.15F B.
2
5F
C.35F D.
4
5F
4.如图所示,光滑的水平桌
面上有一物体 A,通过绳
子与物体B 相连,假设绳
子的质量以及绳子与定滑轮之间的摩擦力
61
都可以忽略不计,绳子不可伸长.如果mB=
3mA,则物体A 的加速度大小等于 ( )
A.3g B.g
C.3g/4 D.g/2
◆[知识点三] 两类动力学问题
5.用相同材料做成的A、B 两木板的质量之比
为3∶2,初速度之比为2∶3,它们在同一粗
糙水平面上同时开始沿直线滑行,直至停
止,则它们 ( )
A.滑行中的加速度之比为2∶3
B.滑行的时间之比为1∶1
C.滑行的距离之比为4∶9
D.滑行的距离之比为3∶2
6.在交通事故的分析中,刹车线的长度是很重
要的依据,刹车线是汽车刹车后,停止转动
的轮胎在地面上发生滑动时留下的滑动痕
迹.在某次交通事故中,汽车的刹车线长度
是14m,假设汽车轮胎与地面间的动摩擦
因数恒为0.7,g取10m/s2,则汽车刹车前
的速度为 ( )
A.7m/s B.14m/s
C.10m/s D.20m/s
7.行车过程中,如果车距不够,刹车不及时,汽
车将发生碰撞,车里的人可能受到伤害,为
了尽可能地减轻碰撞引起的伤害,人们设计
了安全带,假定乘客质量为70kg,汽车车速
为90km/h,从踩下刹车到完全停止需要的
时间为5s.安全带对乘客的作用力大小约
为(不计人与座椅间的摩擦) ( )
A.450N B.400N
C.350N D.300N
8.(2025福州外国语学校
高一期末)如图所示,一足
够长的光滑斜面倾角为37°,斜面AB 与水
平面BC 平滑连接.质量m=1kg、可视为质
点的物体置于水平面上的 D 点,D 点距B
点d=7m,物体与水平面间的动摩擦因数
为04.现使物体受到一水平向左的恒力F
=65N 作用,经时间t=2s后撤去该力,
物体经过B 点时的速率不变,重力加速度g
取10m/s2,sin37°=06,求:
(1)撤去拉力F 后,物体经过多长时间第一
次经过B 点?
(2)物体在斜面上到达的最高点和B 点之
间的距离?
(3)物体最后停下的位置距B 点多远?
1.塔吊是现代工地必不可少的建筑设备,某次
施工,吊车司机将100kg的物体从地面开
始竖直提升,之后其运动的vGt图像如图所
示,重力加速度g=10m/s2,下列判断正确
的是 ( )
71
A.前10s物体处于失重状态
B.30s末物体离地面的距离最高,大小为
25m
C.前10s钢索对物体的拉力最大,大小为
1010N
D.36~46s内钢索的拉力大于0~10s内
钢索的拉力
2.(2025珠海市高一
期末)如图所示,a、b、
c、d是竖直方向固定
的四根钢索,一个质
量为 M=20kg的正
方体货箱可沿着钢索
在竖直方向做直线运动,且正常情况下货箱
与钢索之间无摩擦,OA、OB、OC、OD 四根
细绳的长度相等,对称分布,且与竖直方向
夹角均为60°.用电机、细绳OE 和质量为m
=2kg的挂钩牵引货箱,使其从水平地面上
由静止开始匀加速上升,细绳OE 对挂钩提
供的牵引力恒为F1=264N,速度达到5m/s
时,牵引力立即调节为F2=220N.请通过
计算回答以下问题(不计空气阻力和细绳重
力,g取10m/s2).
(1)货箱匀加速上升的过程中OA、OB、OC、
OD 四根细绳的拉力均为多大?
(2)速度达到5m/s时货箱底部离地面的高
度是多少? 此后做什么运动?
(3)当货箱底部离地面高度为955m时,细
绳OA、OB、OC、OD 突然断裂.货箱内的传
感器感应后触发制动器,使货箱与钢索之间
产生大小恒定,方向始终与货箱运动方向相
反的摩擦力.感应过程需01s.为保证安
全,货箱坠向地面的速度不能超过2m/s.
请问货箱受到的总摩擦力至少为多少? (结
果可含根号)
81
8.解析:设环的加速度为a,由v2=2ax得a=16m/s2,对环由
牛顿第二定律,mg+f=ma,得f=0.3N,对底座由平衡关
系得FN=Mg-f=1.7N
答案:1.7N
素养培优
1.AC [平衡车加速行驶时,根据牛顿第三定律可知车对人的
作用力等于人对车的作用力.车对人在竖直方向的作用力等
于人的重力,车对人在水平方向的作用力提供人的加速度,
车对人的作用力方向斜向上,故 A 正确,B错误;平衡车匀
速行驶时,车对人的作用力大小等于人对车的压力大小,平
衡车与人的总重力和地面对平衡车的支持力是一对平衡力,
C正确,D错误.]
2.解析:设绳子拉物体的力为F,对物体m 受
力分析如图甲,由牛顿第二定律可得:F-
mg=ma.
绳的拉力F=m(g+a)=20×(10+5)N=
300N.
对人受力分析如图乙,人静止,由受力平衡
得 Mg=FN+F,则地面对人的支持力FN
=Mg-F=(60×10-300)N=300N.
由 牛 顿 第 三 定 律 得,人 对 地 面 的 压 力 为
300N.
答案:300N
假期作业6
情景辨析
(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)× (6)×
技能提升
1.CD
2.AD [根据牛顿第二定律可得F合 =ma,可知加速度的方向
与合外力的方向相同.根据平行四边形定则可知,A、D图中
F 与G 的合力方向可能与a 的方向相同,B、C图中F 与G
的合力方向不可能与a 的方向相同.]
3.D
4.C [由图可知相等时间内铁质小圆盘的位移先增大 后 减
小,可知铁质小圆盘的速度先增大后减小,以向下为正方向,
即铁质小圆盘的加速度先正后负,根据牛顿第二定律G-f
=Gg
a,可知f先小于G,后大于G.故选 C.]
5.C 6.BD
7.
8.解析:(1)(2)将a 沿水平和竖直两个方向分解,则有ax=
acos30°,ay=asin30°,对货物受力分析如图所示
根据牛顿第二定律,在水平方向Ff=max,在竖直方向FN-
mg=may,代入数据解得Ff=216N,FN=513N.
答案:(1)513N (2)216N
9.解析:(1)毫米刻度尺的最小刻度为1mm,则遮光条的宽度
d=30mm=30×10-3 m.
(2)通过光电门1的速度为v1=
d
Δt1
,通过光电门2的速度为
v2 =
d
Δt2
,小 车 运 动 的 加 速 度 为 a = v2-v1t =
d
t
1
Δt2
- 1Δt1( ).
(3)作出aGG 图像如图所示
由图像计算出图线的斜率为k=ΔaΔG=
0.40
0.245kg
-1≈163kg-1.
(4)能.需要用测力计测量小车的重力.思路:①用测力计测
出小车重力,除以当地重力加速度g 得出小车的质量;②在
小车上叠放槽码以改变小车质量,再重新调整配重,这样就
改变了小车(含配重)的总质量 M,然后在槽码挂钩上挂适
量个数的槽码,测出加速度a;③重复步骤②(但要保持步骤
②中所挂槽码个数不变),得到多组(a、M)数据,作出aG 1M
图像进行判断.
答案:(1)30 (2)dt
1
Δt2
- 1Δt1( ) (3)见解析图 163
(4)能 理由见解析
素养培优
1.AD [若 A原来是静止的,设此时静摩擦力等于滑动摩擦
力,则有mgsinα=μmgcosα,即sinα=μcosα,动摩擦因数μ
与物体 A的重力无关,则施加一个竖直向下的恒力F 等效
于增加了物体 A的重力,则物体 A 仍然静止,故 A 正确,B
错误;若物体 A原来加速下滑,有mgsinα-μmgcosα=ma,
得a=g(sinα-μcosα),施加力F 后,有(mg+F)sinα-μ
(mg+F)cosα=ma′,得a′=(Fm +g
)(sinα-μcosα),加速
度变大,故 C错误,D正确.]
2.解析:(1)由题意可知歼G20所受合外力:
F合 =F-F阻 =3×105 N-3×104×10×0.1N=2.7×
105 N.
由牛顿第二定律F=ma得:
a=F合m =
2.7×105
3×104
m/s2=9m/s2.
(2)5s后的速度:
v=v0+at=0+5×9m/s=45m/s.
答案:(1)9m/s2 (2)45m/s
假期作业7
情景辨析
(1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)×
技能提升
1.D [电梯静止不动时,小球受力平衡,有mg=kx,电梯运行
时,轻质弹性细绳的伸长量比电梯静止时小,说明弹力变小
了,由牛顿第二定律有mg-45kx=ma
,解得加速度大小为
a=15g=2m
/s2,方向竖直向下,所以电梯可能加速下降或
减速上升,该同学处于失重状态,A、C错误,D 正确;对该同
学和玩具组成的系统进行受力分析,由牛顿第二定律有m′g
-FN=m′a,
电梯地板对该同学的支持力大小为FN=m′g-m′a=501N
-1002N=4008N
由牛顿第 三 定 律 可 知,该 同 学 对 电 梯 地 板 的 压 力 大 小 为
4008N,B错误.]
2.AD [竖直向上为加速度的正方向,题图甲中加速度从零开
始先为负值(加速度方向竖直向下,表示向下加速),中途变
为零(向下匀速),最后变为正值(向下减速),故题图甲可能
是小明拿着手机从7楼乘坐电梯到1楼过程的aGt图像,故
A正确,B错误;题图乙中加速度从零开始先为负值后为正
值(先向下加速后向下减速),第二阶段加速度先为正值后为
07
负值(先向上加速后向上减速),故题图乙可能是小明托着手
机一次“下蹲—起立”过程的aGt图像,故 C错误,D正确.]
3.C 4.C 5.C 6.B 7.C
8.解析:(1)在水平拉力作用下,设物体的加速度大小为a1,由
牛顿第二定律得F-μmg=ma1,
代入数据解得a1=25m/s2,
恒力F 作用t=2s时物体的位移为
x1=
1
2a1t
2=12×25×2
2 m=5m,
此时物体的速度为
v=a1t=5m/s,
设撤去拉力F 后,设物体的加速度大小为a2,
则μmg=ma2,
得a2=4m/s2.
设撤去拉力F 后,物体第一次经过B 点所用的时间为t1,有
d-x1=vt1-
1
2a2t1
2,
代入数据解得t1=05s,或t1=2s,
因为物体减速到零的时间为
t′=va2
=125s<2s,
故撤去拉力F 后,物体经过05s第一次经过B 点.
(2)物体第一次经过B 点时速度大小为
vB=v-a2t1=3m/s,
在斜面上,由牛顿第二定律得
mgsin37°=ma3,
解得a3=6m/s2,
即物体在斜面上到达的最高点和B 点之间的距离为s=vB
2
2a3
= 3
2
2×6m=075m.
(3)物体滑上斜面后做匀减速直线运动,速度减为零后返回
到斜面底端,因为斜面光滑,则物体返回到斜面底端时速度
大小仍为vB=3m/s,然后物体在水平面上做匀减速直线运
动,加速度大小仍为a2=4m/s2,物体最后停下的位置距B
点为x=vB
2
2a2
= 3
2
2×4m=1125m.
答案:(1)05s (2)075m (3)1125m
素养培优
1.C [由图可知,前10s物体加速上升,具有向上的加速度,
则物体处于超重状态,10~30s物体做匀速运动,处于平衡
状态,30~36s物体减速上升,具有向下的加速度,处于失重
状态,36~46s物体加速下降,具有向下的加速度,处于失重
状态,则前10s钢索对物体的拉力最大,则36~46s内钢索
的拉力小于0~10s内钢索的拉力.
由牛顿第二定律有F-mg=ma
由图可知,前10s物体的加速度为a=110m
/s2
解得F=1010N,故 A、D错误,C正确;由题图可知,36s时
物体的速度方向改变,开始向下运动,则36s末物体离地面
的距离最高,大小为x= 12 ×
(20+36)×1m=28m,故 B
错误.]
2.解析:(1)对货箱和挂钩整体应用牛顿第二定律有F1-(M
+m)g=(M+m)a1,解得a1=2m/s2,对货箱应用牛顿第二
定律有4FTcos60°-Mg=Ma1,解得FT=120N.
(2)货箱加速到v1=5m/s,需上升h1=
v12
2a1
=625m,因F2
=(M+m)g,故此后货箱匀速上升.
(3)根据题意可知,绳断时速度为5m/s,感应时间t0=01s,
则感应时间后货箱速度为v2=v1-gt0=4m/s,开启制动
后,上升过程有 Mg+Ff=Ma2,下降过程有 Mg-Ff=Ma3,
又v2=2a3(
v1+v2
2 t0+
v22
2a2
+h2),h2=955m,解 得 Ff=
(50 17-10)N.
答案:(1)120N (2)625m,匀速上升 (3)(50 17-
10)N
假期作业8
情景辨析
(1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)×
技能提升
1.CD [匀速圆周运动就是速度方向时刻变化而大小不变的
曲线运动,故选项 A错误.曲线运动的方向一定是时刻变化
的,故选项B错误,同理可知选项 C、D正确.]
2.D [做曲线运动的物体速度大小可能不变,但方向一定在
变,故 A错误;做曲线运动的物体所受合力指向轨迹凹侧,
可知烟尘颗粒所受的力在变化,故不可能是匀变速曲线运
动,故B错误;做曲线运动的物体所受合力指向轨迹凹侧,
故P 点处的加速度方向不可能水平向左,故 C错误;做曲线
运动的物体所受合力指向轨迹凹侧,故Q 点处的合力方向
可能竖直向下,故 D正确.]
3.B [当乒乓球经过纸筒口时,对着乒乓球横向吹气,乒乓球
所受合力的方向与速度方向不在同一条直线上,乒乓球做曲
线运动,故乒乓球会偏离原有的运动路径;乒乓球会获得一
个横向的速度,此速度与乒乓球原有的速度合成一个斜向左
下方的合速度,因此乒乓球将向左下方运动但不进入纸筒;
故 A、C、D错误,B正确.]
4.CD [在0~2s内,无人机在水平方向与竖直方向上均做初
速度为0的匀加速直线运动,则合运动为匀加速直线运动,
故 A错误;0~2s内,无人机做匀加速直线运动,2s时刻后
竖直方向继续向上运动,可知,第2s末,无人机没有运动到
最高点,故B错误;第4s末,无人机在水平方向的速度大小
为vx=4m/s,在竖直方向的速度大小为vy=3m/s,可知无
人机的速度大小为v= vx2+vy2=5m/s,故C正确;2~6s
内,无人机在水平方向做匀速直线运动,在竖直方向做匀减
速直线运动,则合运动为匀变速曲线运动,故 D正确.]
5.AC [将车速v沿着钢丝方向和垂直于钢丝的方向分解可知,
在沿着钢丝方向的速度为v∥ =vcos37°,所以演员上升的速
度为v演员 =vcos37°=4m/s,故 A正确,B错误;设连接轨道
车的钢丝与水平方向的夹角为θ,则演员的速度v演员 =vcosθ,
θ不断减小,可知演员在加速上升,则演员处于超重状态,故
C正确,D错误.]
6.B [由题意可知,笔尖在水平方向向右匀速运动,在竖直方
向相 对 纸 向 下 加 速 运 动,加 速 度 向 下,痕 迹 弯 向 加 速 度
一侧.]
7.B [由题图可知,水流的最大速度为4m/s,根据速度的合
成可知,船在河水中的最大速度是7m/s,故 A错误;船在静
水中与河岸垂直时,渡河时间最短,t=dvc
=3003 s=100s
,因
此渡河的时间可能是150s,故 B正确;船在行驶过程中,船
头不一定必须始终与河岸垂直,故 C错误;因水流速度大于
船在静水中的速度,因此船渡河的合速度不可能垂直河岸,
则位移不可能是300m,故 D错误.]
8.C [将汽车的速度分解为沿绳子方向的分速度和垂直于绳
子方向的分速度,则有vM =vcosθ,由于运动过程θ减小,
cosθ增大,则重物 M 的速度vM 增大,重物 M 做加速运动.
假设绳子足够长,经过足够长的时间,θ趋近于0°,cosθ趋近
于1,vM 趋近于v,可知重物并不是做匀加速运动,C正确,
A、B、D错误.]
素养培优
1.解析:要切成矩形,则金刚钻(割刀)相对
玻璃板的垂直速度v,如图.设v刀 与v玻
的夹角为θ,cosθ=v玻v刀 =
4 3
8 =
3
2
,则θ
=30°.v= v2刀 -v2玻 = 82-4(3)2 m/s
=4m/s,时间t=sv =
9
4 s=2.25s.
答案:金刚钻(割刀)的轨道速度与玻璃板的行进速度成30°
角,切割一次的时间为2.25s
17