内容正文:
第5节 牛顿运动定律的应用
一、单项选择题
1.某消防队员从一平台上跳下,下落2m
后双脚触地,接着他用双腿弯曲的方法
缓冲,使自身重心又下降了05m,在着
地过程中地面对他双脚的平均作用力
估计为 ( )
A.自身所受重力的2倍
B.自身所受重力的5倍
C.自身所受重力的8倍
D.自身所受重力的10倍
2.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所引起
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
踩下刹车闸到车完全停止需要的时间
为5s,安全带对乘客的平均作用力大
小约为(不计人与座椅间的摩擦)
( )
A.450N B.400N
C.350N D.300N
3.如图所示,ad、bd、cd 是竖
直面内三根固定的光滑细
杆,每根杆上套着一个小滑
环(图中未画出),三个滑环
分别从a、b、c处释放(初速度为0),用
t1、t2、t3 依次表示各滑环到达d所用的
时间,则 ( )
A.t1<t2<t3 B.t1>t2>t3
C.t3>t1>t2 D.t1=t2=t3
4.在设计游乐场中“激
流勇进”的倾斜滑道
时,小组同学将划艇
在倾斜滑道上的运
动视为由静止开始
的无摩擦滑动,已知倾斜滑道在水平面
上的投影长度L是一定的,而高度可以
调节,则 ( )
A.滑道倾角越大,划艇下滑时间越短
B.划艇下滑时间与倾角无关
C.划艇下滑的最短时间为2 Lg
D.划艇下滑的最短时间为 2Lg
5.如图所示,钢铁构件A、B叠放在卡车的
水平底板上,卡车底板和B 间动摩擦因
数为μ1,A、B间动摩擦因数为μ2,μ1>
μ2 卡车刹 车 的 最 大 加 速 度 为a,a>
μ1g,可以认为最大静摩擦力与滑动摩
擦力大小相等,卡车沿平直公路行驶途
中遇到紧急情况时,要求其刹车后s0 距
离内能安全停下,则卡车行驶的速度不
能超过 ( )
A.2as0 B.2μ1gs0
C.2μ2gs0 D.(μ1+μ2)gs0
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07,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
991
第四章 运动和力的关系
7.在汽车内的悬线上
挂着一个 小 球 m,
实验表明当汽车做
匀 变 速 直 线 运 动
时,悬线将与竖直方向成某一固定角度
θ,如图所示,若在汽车底板上还有一个
跟它相对静止的物体 M,则关于汽车的
运动情况和物体 M 的受力情况分析正
确的是 ( )
A.汽车一定向右做加速运动
B.汽车的加速度大小为gsinθ
C.M 只受到重力、底板的支持力作用
D.M 除受到重力、底板的支持力作用
外,还一定受到向右的摩擦力的作用
8.高空作业须系安全带,如果质量为m 的
高空作业人员不慎跌落,从开始跌落到
安全带对人刚产生作用力前人下落的
距离为h(可视为自由落体运动),此后
经历时间t安全带达到最大伸长,若在
此过程中该作用力始终竖直向上,则该
段时 间 安 全 带 对 人 的 平 均 作 用 力 大
小为 ( )
A.m 2ght +mg B.
m 2gh
t -mg
C.m ght +mg D.
m gh
t -mg
二、多项选择题
9.如图所示,质量为m=1
kg的物体与水平地面之
间的动摩擦因数为 03,当物体运动的
速度为10m/s时,给物体施加一个与
速度方向相反的大小为F=2N 的恒
力,在此恒力作用下(g取10m/s2)
( )
A.物体经10s速度减为零
B.物体经2s速度减为零
C.物体速度减为零后将保持静止
D.物体速度减为零后将向右运动
10.从某一星球表面做
火箭实验.已知竖
直升空的实验火箭
质量为15kg,发动
机推动力为恒力.实验火箭升空后发
动机因故障突然关闭,如图所示是实
验火箭从升空到落回星球表面的速度
随时间变化的图像,不计空气阻力,则
由图像可判断 ( )
A.该实验火箭在星球表面达到的最大
高度为320m
B.该实验火箭在星球表面达到的最大
高度为480m
C.该星球表面的重力加速度为2.5m/s2
D.发动机的推动力F为3750N
11.如图所示,5 块
质 量 相 同 的 木
块并排放在水平地面上,它们与地面
间的动摩擦因数均相同,当用力F 推
第1块木块使它们共同加速运动时,
下列说法中正确的是 ( )
A.由右向左,两块木块之间的相互作
用力依次变小
B.由右向左,两块木块之间的相互作
用力依次变大
C.第2块木块与第3块木块之间的弹
力大小为06F
D.第3块木块与第4块木块之间的弹
力大小为06F
12.如 图 所 示,总 质 量 为
460kg的热气球,从地
面刚开始竖直上升时
的加速度为05m/s2,
当热气球上升到180m
时,以5m/s的 速 度 向
上匀速运动.若 离 开 地 面 后 热 气 球
所受浮力保持不变,上升过程中热
气 球 总 质 量 不 变,重 力 加 速 度g=
10m/s2.关 于 热 气 球,下 列 说 法 正
确的是 ( )
002
必修第一册
A.所受浮力大小为4830N
B.加速上升过程中所受空气阻力保持
不变
C.从地面开始上升10s时的速度大小为
5m/s
D.以5m/s匀速上升时所受空气阻力
大小为230N
三、非选择题
13.滑冰车是儿童喜欢
的冰上娱乐项目之
一,如图所示为小明
妈妈正与小明在冰
上游戏,小明与冰车
的总质量是40kg,冰车与冰面之间的
动摩擦因数为005,在某次游戏中,假
设小明妈妈对冰车施加了40N 的水
平推力,使冰车从静止开始运动10s
后,停止施加力的作用,使冰车自由滑
行(假设运动过程中冰车始终沿直线
运 动,小 明 始 终 没 有 施 加 力 的 作
用).求:
(1)冰车的最大速率;
(2)冰车在整个运动过程中滑行总位
移的大小.
14.在游乐场中,有一种大型游戏机叫“跳
楼机”,参加游戏的游客被安全带固定
在座椅上,由电动机将座椅沿光滑的
竖直轨道提升到离地面40m 高处,然
后由静止释放,为研究方便,可以认为
座椅沿轨道做自由落体运动12s后,
开始受到恒定阻力而立即做匀减速运
动,且下落到离地面4m 高处时速度
刚好减小到零,然后再让座椅以相当
缓慢的速度稳稳下落,将游客送回地
面,取g为10m/s2,求:
(1)座椅在自由下落结束时刻的速度
大小;
(2)在匀减速阶段,座椅对游客的作用
力大小是游客体重的多少倍.
102
第四章 运动和力的关系
(2)若 斜 面 粗 糙,木 块 的 受 力 情 况
如图乙所示,建立直角坐标系.
在x方向上(沿斜面方向)
mgsinθ-Ff=ma2 ①
在y 方 向 上 (垂 直 斜 面 方 向 )
FN=mgcosθ ②
又因为Ff=μFN ③
由①②③得a2=gsinθ-μgcosθ=(10×06-05×10
×08)m/s2=2m/s2.
答案:(1)6m/s2 (2)2m/s2
14.解析:(1)探测器从A 运动到B 的平均速度为
v=st =
10
20m
/s=05m/s
最大速度vm=2v=10m/s;
(2)加速时间t1=
t
2=10s
加速度大小a=vmt1
=01m/s2;
(3)x轴方向的合力:Fx=ma=30N
根据力的平行四边形定则可得:
F= 16mg( )
2
+F2x=10 2509N≈500N.
答案:(1)1.0m/s (2)0.1m/s2 (3)500N
第4节 力学单位制
1.C [国际单位制中规定,力学量所对应 的 基 本 单 位 是
米、千克、秒,牛顿、米/秒是导出单位,故 A、B、D错误,C
正确.]
2.C [力学中的三个基本物理量为长度、质量、时间,A 错
误;“牛顿”是为了纪念牛顿而作为力的单位,但不是基
本单位,B错误;根 据“牛 顿”的 定 义,1N=1kgm
s-2,C正确;“克”“摄氏度”不是基本单位,D错误.]
3.A [在力学中长度、时间和质量的单位为基本单位,而
m/s、N都是导出单位,所以B、C、D错误.]
4.A [新定义后7个国际单位制中基本单位有3个没变
化,除光强单位坎德拉外,另 外 两 个 是 米 和 秒,故 A 正
确,B、C、D错误.]
5.B [由各物理量的单位之间的关系确定公式是否正确.
压强p可由公式p=FS
求得,则其单位为kgm/s
2
m2
=kgm/(ms)2.密度ρ可由公式ρ=
m
V
求得,则ρ的单
位为kg/m3.由于题中k无单位,则kp
ρ
的单位为 m2/s2,
显然不是速度的单位,A 错误.而 kp
ρ
的单位为 m/s,B
可能正确.又 kρ/p的单位为s/m,也不是速度的单位,
C错误. kρp的单位为kg/(m
2s),不是速度的单位,
D错误.]
6.B [将Ff=kSv2 变形得k=
Ff
Sv2
,采用国际单位制,式中
Ff 的单位为 N,即kgm/s2,S 的单位为 m2,速度的二
次方的单位可写成为(m/s)2.将这些单位代入上式得比
例系数k的单位是kg/m3,B正确.]
7.B [x单位为 m,Ftm
单位为kgm/s
2s
kg =m
/s,故等号
左右单位不同,故 A错误;t单位为s, xa
单位为 m
m/s2
=s,故 B 正 确;v 单 位 为 m/s, xat的 单 位 为
mm/s2s= m2/s,故 C错误;a的单位为 m/s2,
x
t2
的单位为 m
s2
,故 D错误.]
8.B [由x=F2m
(t1+t2)式,左边单位是长度单位,而右边
单位推知是速度单位,所以结果一定是错误的,单位制
选用得不同,只影响系数,故 A、C、D错,B对.]
9.C [新物理量表示的是加速度变化的快慢,所以新物理
量应该等于加速度的变化量与时间的比值,而加速度的
单位是 m/s2,所以新物理量的单位应该是 m/s3,所以 C
正确.]
10.BD [在应用公式进行数量运算的同时,也要把单位带
进运算.带单位运算时,单位换算要准确.可以把题中
已知量的单位都用国际单位表示,计算结果的单位就
是用国际单位表示的.这样在统一已知量的单位后,就
不必一一写出各个量的单位,只在数字后面写出正确
单位即可.选项 A 中 Δx=12cm 没换成国际单位,C
项中的小车质量m=500g没换成国际单位,所以 A、C
错误,B、D正确.]
11.ABC [把各物理量的单位都用基本单位表示,v的单
位为 m/s,a的单位为 m/s2,F 的单位为 kgm/s2,x
的单位为 m.由此可解出 A、B、C、D 的单位分别为s、
m2/s、kgm/s、m,故 A、B、C一定错误,D可能正确.]
12.BD [将等式两边各物理量的国际单位制单位代入后
进行单位运算,经过验证可知选项B、D可能正确.]
13.解析:将各量的单位代入得
(1) m
m/s2
= s2=s,故对应物理量为时间.
(2)
(m/s)2
m =m
/s2,对应物理量为加速度.
(3)kg
(m/s)2
m =kg
m/s2=N,对应物理量为力.
答案:(1)s 时间 (2)m/s2 加速度 (3)N 力
14.解析:不同意,原因是单位未统一到同一单位制中,正
确解法如下:
x=10cm=01m,m=10g=10-2kg,
a=v
2-v20
2x =
2002-3002
2×0.1 m
/s2=-25×105 m/s2,
F=ma=10-2×(-25×105)N=-25×103 N,
负号表示力的方向与速度方向相反.
答案:见解析
第5节 牛顿运动定律的应用
1.B [自由落体:v2=2gH,缓冲减速:v2=2ah,由牛顿第
二定律得F-mg=ma,解得F=mg 1+Hh( ) =5mg,故
B正确.]
2.C [汽车的速度v0=90km/h=25m/s,设汽车匀减速
的加速度大小为a,则a=v0t =5m
/s2;对乘客应用牛顿
第二定 律 可 得:F=ma=70×5 N=350 N,所 以 C
正确.]
052
物理必修第一册
3.D [小滑环下滑过程中受重力和杆的弹力作用,下滑的
加速度可认为是由重力沿细杆方向的分力产生的,设细
杆与竖直方向夹角为θ,由牛顿第二定律知
mgcosθ=ma ①
设圆心为O,半径为R,由几何关系得,滑环由开始运动
至d点的位移为x=2Rcosθ ②
由运动学公式得x=12at
2 ③
由①②③式联立解得t=2 Rg
小滑环下 滑 的 时 间 与 细 杆 的 倾 斜 情 况 无 关,故t1=t2
=t3.]
4.C [设滑道的倾角为θ,则滑道的长度为:x= Lcosθ
,由牛
顿第二定律知划艇下滑的加速度为:a=gsinθ,由位移公式
得:x=12at
2;联立解得:t=2 Lgsin2θ
,可知下滑时间与
倾角有关,当θ=45°时,下 滑 的 时 间 最 短,最 短 时 间 为
2 Lg .
]
5.C [设 A的质量为 m,卡车以最大加速度运动时,A 与
B保持相对静止,对构件 A 由牛顿第二定律得f1=ma1
≤μ2mg,解得a1≤μ2g,同理,可知 B的最大加速度a2≤
μ1g;由于μ1>μ2,则a1<a2≤μ1g<a,可知要求其刹车
后在s0 距离内能安全停下,则车的最大加速度等于a1,
所以车的 最 大 速 度vm = 2μ2gs0,故 A、B、D 错 误,C
正确.]
6.B [设汽车刹车后滑动的加速度大小为a,由牛顿第二
定律μmg=ma,解得a=μg.由匀变速直线运动的速度
位移关系式v20=2ax,可得汽车刹车前的速度为
v0= 2ax= 2μgx= 2×0.7×10×14m/s=14m/s,因
此B正确.]
7.D [以小球为研究对象,分析受力情况,小
球受重力mg和细线的拉力F,由于小球的
加速度方向水平向右,根据牛顿第二定律,
小 球 受 的 合 力 也 水 平 向 右,如 图,则 有
mgtanθ=ma,得a=gtanθ,θ一定,则加速
度a一定,汽车的加速度也一定,则汽车可
能向右做匀加速运动,也可能向左做匀减
速运动,故 A、B错误;以物体 M 为研究对
象,M 受到重力、底板的支持力和摩擦力.M 相对于汽车
静止,加速度必定水平向右,根据牛顿第二定律得知,一
定受到水平向右的摩擦力,故 D正确,C错误.]
8.A [设高空作业人员自由下落h时的速度为v,
则v2=2gh,得v= 2gh,设安全带对人的平均作用力
为F,由牛顿第二定律得F-mg=ma,又v=at,
解得F=m 2ght +mg
,选项 A正确.]
9.BC [水平方向上物体受到向右的恒力和滑动摩擦力的
作用,做匀减速直线运动.滑动摩擦力大小为Ff=μFN
=μmg=3N.故a=
F+Ff
m =5m
/s2,方向向右,物体减
速到0所需时间为t=v0a =2s
,故 B正确,A 错误;减速
到零后F<Ff,物体处于静止状态,故 C正确,D错误.]
10.BC [火箭所能达到的最大高度hm=
1
2×24×40m
=480m,故 A错误,B正确;该星球表面的重力加速度
g星 =4016m
/s2=25m/s2,故 C正确;火箭升空时:
a=408 m
/s2 =5 m/s2,故 推 动 力 F=mg星 +ma=
1125N,故 D错误.]
11.BC [取 整 体 为 研 究 对 象,由 牛 顿 第 二 定 律 得 F-
5μmg=5ma.再选取1、2两块木块为研究对象,由牛顿
第二定律得F-2μmg-FN=2ma,两式联立解得
FN=06F,进一步分析可得,从右向左,木块间的相互
作用力是依次变大的,选项B、C正确.]
12.AD [热气球从地面刚开始竖直上升时v=0,空气阻
力Ff=0.由 F浮 -mg=ma,得 F浮 =m(g+a)=
4830N,故 A正确;最终气球匀速上升,说明气球加速
运动的过程中空气阻力逐渐增大,故选项 B错误;气球
做加速度减小的加速运动,故加速到5m/s的时间大于
10s,选项 C错误;匀速上升时F浮 -mg-Ff′=0,计算
得Ff′=230N,选项 D正确.]
13.解析:(1)以冰车及小明为研究对象,由牛顿第二定律
得F-μmg=ma1 ①
vm=a1t ②
由①②式得vm=5m/s.
(2)冰车匀加速运动过程中有x1=
1
2a1t
2 ③
冰车自由滑行时有μmg=ma2 ④
v2m=2a2x2 ⑤
又x=x1+x2 ⑥
由③④⑤⑥式得x=50m.
答案:(1)5m/s (2)50m
14.解析:(1)设座椅在自由下落结束时刻的速度为v,下落
时间t1=12s,由v=gt1
代入数据解得v=12m/s,
即座椅在自由下落结束时刻的速度是12m/s.
(2)设座椅自由下落和匀减速运动的总高度为h,总时
间为t,所以h=(40-4)m=36m,
匀加速过 程 和 匀 减 速 过 程 的 最 大 速 度 和 最 小 速 度 相
等,由平均速度公式有h=v2t
,代入数据解得:t=6s,
设座椅匀减速运动的时间为t2,则t2=t-t1=48s,
即座椅在匀减速阶段的时间是48s.
设座椅在匀减速阶段的加速度大小为a,座椅对游客的
作用力大小为F,
由v=at2,解得a=25m/s2,
由牛顿第二定律F-mg=ma,
代入数据,解得F=125mg,
即在匀减速阶段,座椅对游客的作用力大小是游客体
重的125倍.
答案:(1)12m/s (2)125倍
152
参考答案