内容正文:
课后跟踪训练(9) 对牛顿三个定律的理解
基础巩固练
1.(多选)(2025·北京西城区模拟)伽利略开创了实验研究和逻辑推理相结合探索自然规律的科学方法,利用这种方法伽利略发现的规律有( )
A.物体之间普遍存在相互吸引力
B.力不是维持物体运动的原因
C.物体间的相互作用力总是大小相等、方向相反
D.忽略空气阻力,重物与轻物下落得同样快
BD 解析:伽利略没有发现物体之间普遍存在相互吸引力的规律,A错误;伽利略根据理想斜面实验,发现了力不是维持物体运动的原因,B正确;伽利略没有发现物体间的相互作用力总是大小相等,方向相反的规律,C错误;伽利略开创了实验研究和逻辑推理相结合的方法,得出了自由落体运动是初速度为零的匀变速直线运动,并且明确了重物和轻物下落得同样快,D正确。
2.某同学为了取出如图所示羽毛球筒中的羽毛球,一只手拿着球筒的中部,另一只手用力击打羽毛球筒的上端。下列说法正确的是( )
A.此同学无法取出羽毛球
B.羽毛球会从筒的下端出来
C.羽毛球筒向下运动过程中,羽毛球受到向上的摩擦力才会从上端出来
D.该同学是在利用羽毛球的惯性
D 解析:羽毛球筒被手击打后迅速向下运动,而羽毛球具有惯性,要保持原来的静止状态,所以会从筒的上端出来,D正确。
3.(多选)下列说法正确的是( )
A.对静止在光滑水平面上的物体施加一个水平力,当力刚作用瞬间,物体立即获得加速度
B.物体由于做加速运动,所以才受合外力作用
C.F=ma是矢量式,a的方向与F的方向相同,与速度方向无关
D.物体所受合外力减小,加速度一定减小,而速度不一定减小
ACD 解析:由于物体的加速度和合外力是瞬时对应关系,由此可知当力作用瞬间,物体会立即产生加速度,A正确;根据因果关系,合外力是产生加速度的原因,即物体由于受合外力作用,才会产生加速度,B错误;F=ma是矢量式,a的方向与F的方向相同,与速度方向无关,C正确;由牛顿第二定律可知物体所受合外力减小,加速度一定减小,如果物体做加速运动,其速度会增大,如果物体做减速运动,速度会减小,D正确。
4.(多选)足球运动是目前体育界最具影响力的项目之一,深受青少年喜爱。在下列有关足球的情景中,说法正确的是( )
A.足球静止在地面上时,足球对地面的压力和地面对足球的支持力是一对作用力与反作用力
B.足球被运动员踢起时,脚对足球的作用力大于足球对脚的作用力
C.足球被运动员踢起时,足球既是受力物体,也是施力物体
D.守门员用手接住足球时,手对足球的作用力先于足球对手的作用力,所以能将足球停住
AC 解析:足球静止在地面上时,足球对地面的压力和地面对足球的支持力作用在不同的物体上,属于一对作用力和反作用力,A正确;足球被运动员踢起时,脚对足球的作用力和足球对脚的作用力是两个物体之间的相互作用,二者大小相等,B错误;足球被运动员踢起时,足球既是受力物体,同时也是施力物体,C正确;守门员用手接住足球时,手对足球的作用力和足球对手的作用力是一对作用力与反作用力,二者是同时产生的,D错误。
5.橡皮筋在弹性限度内受到的拉力F与其伸长量x也遵循胡克定律,即F=kx,其k值与橡皮筋未受到拉力时的长度L及橡皮筋的横截面积S有关,理论与实践都表明k=Y,在材料力学中称Y为杨氏模量,是一个只由材料决定的常数。在国际单位制中,杨氏模量Y的单位是( )
A.N B.m C.N/m D.N/m2
D 解析:根据k=Y,得Y=k,由k的单位N/m,L的单位m,S的单位m2,故Y的单位N/m2,D正确。
6.(2022·上海卷)“神舟十三”号在返回地面的过程中打开降落伞后,在大气层中经历了竖直向下的减速运动。若返回舱所受的空气阻力随速度的减小而减小,则加速度大小( )
A.一直减小 B.一直增大
C.先增大后减小 D.先减小后增大
A 解析:打开降落伞后,所受空气阻力f大于重力,降落伞做减速运动。由牛顿第二定律f-mg=ma,解得a=,由于速度v逐渐减小,可知f逐渐减小,加速度a一直减小,A正确。
7.(2022·江苏卷)高铁车厢里的水平桌面上放置一本书,书与桌面间的动摩擦因数为0.4,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取重力加速度g=10 m/s2。若书不滑动,则高铁的最大加速度不超过( )
A.2.0 m/s2 B.4.0 m/s2
C.6.0 m/s2 D.8.0 m/s2
B 解析:书放在水平桌面上,若书相对于桌面不滑动,则最大静摩擦力提供加速度fm=μmg=mam,解得am=μg=4 m/s2,书相对高铁静止,故若书不动,高铁的最大加速度为4 m/s2,B正确,A、C、D错误。
综合提升练
8.(2025·北京东城区质检)如图所示,一个劈形物体A,各面均光滑,放在固定的斜面上,上表面呈水平,在上表面上放一个小球B,劈形物体从静止开始释放,则小球在碰到斜面前的运动轨迹是( )
A.沿斜面向下的直线 B.竖直向下的直线
C.无规则曲线 D.抛物线
B 解析:劈形物体A释放前,小球受到重力和支持力,两力平衡;劈形物体A释放后,由于劈形物体A是光滑的,则小球水平方向不受力,根据牛顿第一定律知,小球在水平方向的状态不改变,即仍保持静止状态。而竖直方向:劈形物体A对B的支持力将小于小球的重力,小球将沿竖直方向做加速运动,所以小球在碰到斜面前的运动是竖直向下的加速运动,其运动轨迹是竖直向下的直线,B正确。
9.(2025·北京门头沟区模拟)幼儿园小朋友玩的滑梯如图1所示,为了研究方便,可将其简化为图2。已知滑梯和儿童裤料之间的动摩擦因数为μ,某小朋友质量为m,重力加速度为g,滑梯与水平地面之间的夹角为θ。下列说法正确的是( )
A.小朋友沿滑梯加速下滑时受力平衡
B.小朋友对滑梯的压力和滑梯对小朋友的支持力是一对平衡力
C.下滑过程中,小朋友受到的合力大小为mg sin θ
D.下滑过程中,小朋友受到的摩擦力大小为μmg cos θ
D 解析:小朋友沿滑梯加速下滑时具有沿滑梯向下的加速度,受力不平衡,A错误;根据牛顿第三定律可知小朋友对滑梯的压力和滑梯对小朋友的支持力是一对相互作用力,B错误;对小朋友受力分析,分解重力,可得mg sin θ-f=ma,N=mg cos θ,又f=μN=μmg cos θ,C错误,D正确。
10.(2025·吉林长春高三月考)如图所示,质量为m的长木板放在水平地面上,站在木板上的人用斜向右下方的力F推箱子,三者都保持静止。人和箱子的质量也均为m,重力加速度为g。下列说法正确的是( )
A.人对长木板的压力大小为mg
B.长木板对地面的压力等于3mg
C.箱子受到的摩擦力的方向水平向右
D.地面对长木板的摩擦力的方向水平向左
B 解析:人用力F向右下方推箱子,则箱子给人的作用力大小等于F′,人受力如图所示,根据平衡条件N+F′cos θ=mg,解得N=mg-F′cos θ,根据牛顿第三定律,人对长木板的压力大小小于mg,A错误;把三者看成整体进行受力分析,受重力和支持力,根据平衡条件知,地面对整体的支持力大小等于三者的总重力,再结合牛顿第三定律,长木板对地面的压力大小等于3mg,B正确;人用力F向右下方推箱子,致使箱子有向右的运动趋势,则箱子受到的摩擦力的方向水平向左,C错误;把三者看成整体进行受力分析,受重力和支持力,整体在水平方向不受力,地面对长木板的摩擦力为零,D错误。
11.某同学使用轻弹簧、直尺、钢球等制作了一个“竖直加速度测量仪”。如图所示,弹簧上端固定,在弹簧旁沿弹簧长度方向固定一直尺。不挂钢球时,弹簧下端指针位于直尺20 cm刻度处;下端悬挂钢球,静止时指针位于直尺40 cm刻度处。将直尺不同刻度对应的加速度标在直尺上,就可用此装置直接测量竖直方向的加速度。取竖直向上为正方向,重力加速度大小为g。下列说法正确的是( )
A.30 cm刻度对应的加速度为-0.5g
B.40 cm刻度对应的加速度为g
C.50 cm刻度对应的加速度为2g
D.各刻度对应加速度的值是不均匀的
A 解析:指针位于40 cm刻度时,有mg=k(l1-l0),则40 cm刻度对应的加速度为0,B错误;取竖直向上为正方向,指针位于30 cm刻度时,有k(l2-l0)-mg=ma,得出a=-0.5g,A正确;指针位于50 cm刻度时,有k(l3-l0)-mg=ma,得出a=0.5g,C错误;弹簧的劲度系数可表示为k=,设刻度对应值为x,对应的合力F合=Δx-mg,由牛顿第二定律有a==,且Δx=|x-0.2|,得出a=(x≥0.2)或a=(x<0.2),可见加速度a与刻度对应值x成线性关系,则各刻度对应加速度的值是均匀的,D错误。
12.(2025·北京海淀区质检)跨过定滑轮的轻绳一端固定在吊板上,另一端拴在一个动滑轮的轴上,跨过动滑轮的轻绳一端固定在吊板上,另一端被吊板上的人拉住,如图所示。已知人的质量为M=70 kg,吊板的质量为m=10 kg,绳、定滑轮、动滑轮的质量以及滑轮的摩擦均可不计。重力加速度g取10 m/s2。当人和板一起以加速度a=1.0 m/s2向上做加速运动时,人对绳的拉力F1和人对吊板的压力F2大小分别为( )
A.F1=400 N,F2=300 N
B.F1=400 N,F2=330 N
C.F1=440 N,F2=550 N
D.F1=220 N,F2=550 N
D 解析:对人和吊板整体,根据牛顿第二定律有4F1-(M+m)g=(M+m)a,解得F1=220 N,对人根据牛顿第二定律有F1′+F2′-Mg=Ma,解得F2′=550 N,根据牛顿第三定律得人对吊板的压力F2=F2′=550 N,D正确,A、B、C错误。
13.(多选)如图甲所示,一竖直放置的足够长的固定玻璃管中装满某种液体,一半径为r、质量为m的金属小球,从t=0时刻起,由液面静止释放,小球在液体中下落,其加速度a随速度v的变化规律如图乙所示。已知小球在液体中受到的阻力f=6πηvr,式中r是小球的半径,v是小球的速度,η是常数。忽略小球在液体中受到的浮力,重力加速度为g,下列说法正确的是( )
A.小球的最大加速度为g
B.小球的速度从0增加到v0的过程中,做匀变速运动
C.小球先做加速度减小的变加速运动,后做匀速运动
D.小球的最大速度为
ACD 解析:当t=0时,小球所受的阻力f=0,此时加速度为g,A正确;由题图乙可知,小球的速度从0增加到v0的过程中,加速度减小,B错误;根据牛顿第二定律有mg-f=ma,解得a=g-,当a=0时,速度最大,此后小球做匀速运动,最大速度vm=,C、D正确。
14.如图所示,两物块P、Q用跨过光滑轻质定滑轮的轻绳相连,开始时P静止在水平桌面上。将一个水平向右的推力F作用在P上后,轻绳的张力变为原来的一半。已知P、Q两物块的质量分别为mP=0.5 kg、mQ=0.2 kg,P与桌面间的动摩擦因数μ=0.5,重力加速度g取10 m/s2。则推力F的大小为( )
A.4 N B.3 N
C.2.5 N D.1.5 N
A 解析:P静止在水平桌面上时,由平衡条件有T1=mQg=2 N,f=T1=2 N<μmPg=2.5 N,推力F作用在P上后,轻绳的张力变为原来的一半,即T2==1 N,故Q物体加速下降,有mQg-T2=mQa,可得a=5 m/s2,而P物体将有相同的加速度向右加速而受滑动摩擦力,对P由牛顿第二定律T2+F-μmPg=mPa,解得F=4 N,A正确。
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