4.5 牛顿运动定律的应用 学案 -2025-2026学年高一上学期物理人教版必修第一册

第5节 牛顿运动定律的应用 课时训练 一、选择题: 1．质量为m的物体，放在粗糙的水平地面上，受到一个水平方向的恒力F的作用而运动，在运动中，物体加速度a的大小(　　) A．与物体的运动速度有关 B．与物体跟地面间的动摩擦因数无关 C．与物体运动的时间无关 D．与恒力F成正比 2．A、B两物体以相同的初速度在一水平面上滑动，两个物体与水平面间的动摩擦因数相同，且mA＝3mB，则它们能滑动的最大距离xA和xB的关系为(　　) A．xA＝xB B．xA＝3xB C．xA＝xB D．xA＝9xB 3.一间新房要盖屋顶，为了使下落的雨滴能够以最短的时间淌离屋顶，则所盖屋顶的顶角应为(设雨滴沿屋顶下淌时，可看成在光滑的斜坡上下滑)(　　) A．60° B．90° C．120° D．150° 4.在某电影中，蜘蛛侠利用蜘蛛丝粘住墙体产生的阻力，来拯救一列质量为1×106 kg的速度为360 km/h飞驰的失去制动性能的列车，使列车在其正前方400米断轨处刚好停止。若铁轨和空气的阻力为车重的0.25倍，列车的运动可视为匀减速直线运动，则蜘蛛丝对列车产生的平均阻力约为(　　) A．1×105 N B．1×106 N C．1×107 N D．1×108 N 5．质量为1 kg的物体，受水平恒力F作用，由静止开始在光滑的水平面上做加速运动，它在t s内的位移为x m，则F的大小为(　　) A. N B． N C. N D． N 6．从距地面h高度处由静止释放一小球，与地面碰撞后竖直返回且碰撞前后速率不变，返回的高度为原高度的一半，已知重力加速度为g，小球的质量为m，运动过程中阻力大小不变，则小球所受阻力大小为(　　) A.mg B．mg C.mg D．mg 7．手机给人们带来便利的同时也带来了很多困扰，人们对手机的依赖性越来越强，有些人喜欢躺着看手机，经常出现手机砸到头部的情况。若手机从离人约20 cm的高度无初速度掉落，砸到头部后手机未反弹，头部受到手机的冲击时间约为0.2 s。假定手机作用在人头部的力为恒力，方向竖直向上，重力加速度g取10 m/s2，下列分析不正确的是(　　) A．手机刚要接触头部之前的速度约为2 m/s B．手机与头部作用时减速的加速度大小约为10 m/s2 C．头部对手机的作用力对手机产生的加速度大小约为10 m/s2 D．手机对头部的作用力大小约等于手机重力的2倍 8.一物体从某一高度自由落下，落在直立于地面的轻弹簧上，如图所示。在A点，物体开始与弹簧接触，到B点时，物体速度为零，然后被弹回。则下列说法中正确的是(　　) A．物体在A点的速率最大 B．物体由A点到B点做的是匀减速运动 C．物体在B点时所受合力为零 D．物体从A下降到B，以及从B上升到A的过程中，速率都是先增大后减小 9.(多选)如图所示，质量m＝20 kg的物块，在与水平方向夹角成θ＝37°的拉力F＝100 N的作用下，一直沿足够长的水平面做匀加速直线运动，取g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8。下列说法正确的是(　　) A．物块受到的合力可能大于80 N B．地面对物块的支持力一定等于140 N C．物块与水平面间的动摩擦因数一定小于 D．物块的加速度可能等于2 m/s2 10.(多选)如图所示，总质量为460 kg的热气球，从地面刚开始竖直上升时的加速度为0.5 m/s2，当热气球上升到180 m时，以5 m/s的速度向上做匀速运动。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＝10 m/s2。关于热气球，下列说法正确的是(　　) A．所受浮力大小为4830 N 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10 s后的速度大小为5 m/s D．以5 m/s匀速上升时所受空气阻力大小为230 N 二、计算题(要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位) 11.如图所示，一个可乘坐二十多个人的环形座舱套装在竖直柱子上，由升降机送上76 m的高处，然后让座舱自由落下，不计阻力。落到离地面31 m时，制动系统启动，座舱做匀减速运动到离地面1 m时刚好停下。(g＝10 m/s2)求： (1)自由下落的时间t； (2)若座舱中某人用手托着质量为0.2 kg的手机，当座舱下落到离地面15 m的位置时，求手机对手的压力F。 12.如图所示，一足够长的固定粗糙斜面与水平面夹角θ＝30°。一个质量m＝1 kg的小物体(可视为质点)，在F＝10 N的沿斜面向上的拉力作用下，由静止开始沿斜面向上运动。已知斜面与物体间的动摩擦因数μ＝。g取10 m/s2。 (1)求物体在拉力F作用下运动的加速度大小a1； (2)若力F作用1.2 s后撤去，求物体在上滑过程中距出发点的最大距离。 13．如图为羽毛球筒，内有一羽毛球，球托底部离球筒口10 cm，球与球筒内壁紧密接触。现小明同学将球筒竖直静置于地面上方0.2 m高度，然后将球筒静止释放，若球筒与地面相碰后速度瞬间减为0，且不会倾倒，羽毛球刚好到达球筒口。已知球筒长36 cm，羽毛球轴向高8 cm，质量为5 g，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，不计空气阻力，取g＝10 m/s2。求： (1)球筒下落的时间； (2)球筒释放前羽毛球受到的摩擦力以及下落过程中受到的摩擦力； (3)球筒落地后，羽毛球滑到球筒口过程中受到的摩擦力是重力的几倍。 参考答案： 1.解析：选C　由牛顿第二定律可得，物体的加速度a＝＝F-μg，可见，物体的加速度a与物体的速度和运动时间无关，与物体和地面间的动摩擦因数有关，但不与F成正比，C正确，A、B、D错误。 2.解析：选A　物体在水平地面上滑动时受到的滑动摩擦力Ff＝μmg；由牛顿第二定律可得加速度大小a＝＝μg，由v2-v＝-2ax可得x＝，与物体的质量无关，故选项A正确。 3.解析：选B　由题意知，雨滴沿屋顶的运动过程中受重力和支持力作用，设其运动的加速度为a，屋顶的顶角为2α，则由牛顿第二定律得a＝gcos α。又因房屋的前后间距已定，设为2b，则雨滴下滑经过的屋顶面长度x＝，由x＝at2得t＝ ，则当α＝45°时，对应的时间t最小，则屋顶的顶角应取90°，B正确 4.解析：选C　根据运动学公式v2-v＝-2ax可得加速度的大小为a＝12.5 m/s2，根据牛顿第二定律则有kmg＋F阻＝ma，解得蜘蛛丝对列车产生的平均阻力约为F阻＝1×107 N，故选项C正确，A、B、D错误。 5.解析：选A　由x＝at2得a＝ m/s2，对物体由牛顿第二定律得F＝ma＝1× N＝ N，故选项A正确。 6.解析：选D　设小球所受阻力大小为Ff，落地速度大小为v，小球下落时，满足mg-Ff＝ma1，2a1h＝v2，小球反弹时满足mg＋Ff＝ma2，2a2·＝v2，联立解得Ff＝mg，故选D。 7.解析：选C　手机做自由落体运动，故手机接触头部之前的速度约为v＝＝ m/s＝2 m/s，A正确，不符合题意；手机接触头部之前的速度约为2 m/s，砸到头部后手机未反弹即末速度为0，头部受到手机的冲击时间约为0.2 s，根据加速度定义a＝＝ m/s2＝-10 m/s2，负号表示方向向上，加速度大小为10 m/s2，故B正确，不符合题意；选向上为正方向，加速度大小为10 m/s2，根据牛顿第二定律F-mg＝ma，解得F＝2mg，F产生的加速度a′＝＝＝2g＝20 m/s2，选项C错误，符合题意；根据力的作用是相互的，则手机对头部的作用力也是2mg，约等于手机重力的2倍，选项D正确，不符合题意。 8.解析：选D　物体在A点时只受重力，仍向下加速，A错；从A点向下运动到B点过程中，弹簧弹力增大，合力方向先是向下，逐渐减小，后又变为向上，逐渐增大，所以物体先加速后减速，B错；从B上升到A过程中，合力是先向上后向下，方向与运动方向先相同后相反，也是先加速后减速，D对；物体能从B点被弹回，说明在B点物体受到的合力不为零，C错。 9.解析：选BCD　若水平面光滑，则合力为F合＝Fcos 37°＝80 N，若水平面粗糙，则合力为F合＝Fcos 37°-Ff＝80 N-Ff<80 N，所以合力不可能大于80 N，A错误；在竖直方向上Fsin 37°＋FN＝mg，则FN＝mg-Fsin 37°＝140 N，故B正确；若水平面粗糙，水平方向上有Fcos 37°-μFN＝ma，解得μ＝<＝，C正确；水平面粗糙时，a＝，当μ＝时，a等于2 m/s2，D正确。 10.解析：选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)＝4830 N，选项A正确；最终热气球匀速上升，说明热气球加速运动的过程中空气阻力逐渐增大，选项B错误；热气球做加速度减小的加速运动，加速到5 m/s所用的时间大于10 s，选项C错误；匀速上升时F浮- mg-Ff′＝0，计算得Ff′＝230 N，选项D正确。 11.解析：(1)由题意可知，座舱自由下落的高度h＝76 m-31 m＝45 m h＝gt2，解得t＝3 s (2)座舱自由下落3 s后的速度v＝gt＝30 m/s 座舱落到离地15 m时，加速度方向向上，设加速度的大小为a，有v2＝2ax x＝31 m-1 m＝30 m 以手机为研究对象，根据牛顿第二定律有FN-mg＝ma 解得FN＝5 N 根据牛顿第三定律得手机对手的压力F＝FN＝5 N，方向竖直向下。 答案：(1)3 s　(2)5 N　方向竖直向下 12.解析：(1)对物体受力分析，根据牛顿第二定律得，物体受到斜面对它的支持力 FN＝mgcos θ＝5 N， 物体的加速度a1＝＝＝2.5 m/s2。 (2)力F作用t0＝1.2 s时，速度大小为v＝a1t0＝3 m/s， 物体向上滑动的距离x1＝a1t＝1.8 m 此后它将向上做匀减速运动，其加速度大小a2＝＝7.5 m/s2 这一过程物体向上滑动的距离x2＝＝0.6 m 整个上滑过程物体距出发点的最大距离x＝x1＋x2＝2.4 m。 答案：(1)2.5 m/s2　(2)2.4 m 13.解析：(1)不计空气阻力，静止释放球筒后，球筒做自由落体运动，下落高度：h＝gt2 代入数据解得：t＝0.2 s (2)羽毛球质量m＝5 g＝0.005 kg， 释放前羽毛球静止，设受到的摩擦力为Ff，对羽毛球，由平衡条件得：Ff＝mg＝0.005×10 N＝0.05 N，方向竖直向上 羽毛球下落过程做自由落体运动，加速度a＝g，设所受摩擦力为Ff′， 对羽毛球，由牛顿第二定律得：mg-Ff′＝mg 解得：Ff′＝0 (3)球筒落地时羽毛球的速度： v＝gt＝10×0.2 m/s＝2 m/s 球筒落地后羽毛球刚好到达球筒口，羽毛球的位移：x＝10 cm＝0.10 m 羽毛球在球筒内滑动过程：v2＝2ax 代入数据解得：a＝20 m/s2＝2g 设羽毛球受到的摩擦力为Ff″，对羽毛球，由牛顿第二定律：Ff″-mg＝ma 解得：Ff″＝3mg。 答案：(1)0.2 s　(2)0　(3)3 学科网（北京）股份有限公司 $