高中物理单元测试——第四章牛顿运动定律（较难版01）

高中物理单元测试 —— 第四章 牛顿运动定律（较难版01）（原卷版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（本题4分）牛顿第一定律揭示了一切物体都具有惯性，关于牛顿第一定律和惯性的理解，下列现象叙述正确的是（　　） A．拍打衣服上的灰尘，是利用了惯性 B．牛顿第一定律是根据理论推导出来的 C．滑冰运动员如果不用力，会慢慢停下来，不符合牛顿第一定律 D．佩戴安全带可有效减小驾乘人员的惯性，避免严重交通事故伤害 2．（本题4分）如图所示，一吊灯用轻质细线固定在天花板上，吊灯处于静止状态。下列关于力的说法正确的是（　　） A．细线对灯的拉力是由于灯的形变产生的 B．灯的重力与细线对灯的拉力是一对平衡力 C．灯的重力与细线对灯的拉力是一对相互作用力 D．细线对灯的拉力与天花板对细线的拉力是一对相互作用力 3．（本题4分）下列单位中，都属于国际单位制基本单位的一组是（    ） A．m、s、 B．N、kg、m/s C．m、N、 D．、m、 4．（本题4分）某同学的质量为，他某次搭乘电梯的过程中，站在体重计上发现其示数为，电梯在竖直方向运动，取，关于该过程下列说法正确的是（    ） A．该同学处于失重状态 B．该同学所受的重力变小了 C．电梯的加速度大小为，方向竖直向上 D．该同学对体重计的压力小于体重计对该同学的支持力 5．（本题4分）如图所示是用动力学方法测量空间站质量的原理图。在飞船与空间站对接后，飞船的推进器工作10s，测出飞船和空间站的速度变化是。若已知飞船质量为，推进器的平均推力为，则空间站的质量约为（    ） A． B． C． D． 6．（本题4分）我国老百姓盖房子，房顶一般采用“人”字型结构，但是陕西关中地区的一些房子的房顶结构却是“人”字的一半，显得有点“怪”，俗称“房子半边盖”，如图所示，据说这种房子便于收集雨水。假设房屋的占地面积、宽度均一定，房顶可看成光滑斜面，欲使从房屋顶端沿斜面静止下落的雨滴（可看成质点）用时最短，则屋顶的倾角可设计为（　　） A．15° B．30° C．45° D．60° 7．（本题4分）如图所示，质量相同的两块砖甲、乙用轻弹簧竖直连接，砖乙下方垫了一块水平木板，整个系统处于静止状态，重力加速度大小为，抽出木板瞬间，下列关于两物体的加速度说法正确的是（　　） A． B． C． D． 二、多选题 8．（本题6分）如图甲所示，无人机从地面竖直起飞，运动一段时间后因动力系统发生故障，最终到达某一高度处后速度为零。图乙是无人机从地面上升至最高点过程中的图像，已知无人机飞行时所受的阻力大小恒为4N，取重力加速度。则（　　） A．无人机从地面上升至最高点，位移大小为18m B．无人机从地面上升至最高点，位移大小为24m C．无人机的质量为2kg D．无人机的质量为4kg 9．（本题6分）如图1所示，和叠放在一起置于光滑的水平地面上，现用水平外力作用在上，运动的图像如图2所示。已知内外力的大小为2.5N，7s时滑离，和之间的动摩擦因数为，重力加速度取，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．的质量为2kg B．的质量为5kg C．4s后只需要大于2N即可 D．内的位移大小为13m 10．（本题6分）如图所示，物体放置在水平桌面上，桌子边缘固定一轻质定滑轮，一轻绳绕过定滑轮和另一轻质动滑轮将物块，按如图方式连接，桌面上方的轻绳与桌面保持平行，与动滑轮连接的轻绳保持竖直方向。已知物块，的质量均为，物块与桌面间的动摩擦因数为，重力加速度为，不计轻绳与滑轮间的摩擦力和空气阻力。在物块向下运动的过程中，下列说法正确的是（　　） A．物块A和物块B的加速度大小之比为 B．物块A和物块B在某时刻的速度大小之比为1：2 C．物块A的加速度大小为 D．物块A的加速度大小为 三、实验题 11．（本题6分）如图1所示为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置及数字化信息系统，获得了小车加速度a与钩码的质量及小车和砝码的质量对应关系图。钩码的质量为m1，小车和砝码的质量为m2，重力加速度为g。 (1)下列说法正确的是___________。 A．每次在小车上加减砝码时，应重新平衡摩擦力 B．实验时若用打点计时器应先释放小车后接通电源 C．本实验m2应远小于m1 D．在用图像探究加速度与质量关系时，应作a-图像 (2)实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，测得F=m1g，作出a-F图像，他可能作出图2中___________（选填“甲”、“乙”、“丙”）图线。此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是___________。 A．小车与轨道之间存在摩擦 B．导轨保持了水平状态 C．钩码质量太大 D．所用小车的质量太大 12．（本题9分）某小组在验证“物体的加速度与合力和质量的关系”的实验中，使用了以下器材：气垫导轨（包含滑轮和气泵）、滑块（附带遮光条）、光电门（2个）、数字计时器、天平、若干砝码及托盘，以及若干细线，其中重力加速度为g。操作步骤如下： ①安装好实验器材，测量两个光电门之间的距离，调整气垫导轨，并用细线将滑块与托盘连接，使其跨过定滑轮。 ②保持滑块质量不变，在托盘上放置一定质量的砝码，测量滑块上的遮光条通过光电门1和光电门2时的挡光时间。 ③逐步增加托盘中的砝码数量，重复上述操作，绘制出砝码及托盘的总重力mg与滑块加速度a的函数关系图像。 根据上述操作回答问题： (1)该实验调整气垫导轨时，气垫导轨应保持________状态。（填“倾斜”或“水平”） (2)若在逐渐增加砝码的过程中，发现图像不再是直线，这是由于砝码的质量不再远小于滑块的质量，导致细线的拉力与砝码及托盘的总重力偏差较大。在如图乙所示的图线中对应的图线是________（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）。 (3)截取图乙中图线的直线部分如图丙所示，根据图丙结果可得出滑块及遮光条的总质量为________kg（结果保留2位有效数字）。 (4)为了解决（2）中的系统误差，另一小组同学将滑块（含遮光条）、砝码及托盘整体视为一个系统，通过绘制滑块加速度a的倒数与砝码及托盘总质量m的倒数的图像，即，也可以验证当物体质量保持不变时，物体的加速度与所受合外力成正比，该图像纵轴的截距为________（用题中所给物理量的字母表示）。 四、解答题 13．（本题10分）民航客机都有紧急出口，发生意外情况的飞机紧急着陆后，打开紧急出口，狭长的气囊会自动充气，生成一条连接出口与地面的斜面，人员可沿斜面滑行到地面。若机舱口下沿距地面高为，气囊所构成的斜面长度为，一个质量为的人沿气囊滑下时所受的阻力是，开始下滑时人的初速度为零，那么人滑至气囊底端过程中，g取10m/s2求： (1)到达底端时速度的大小； (2)人员到达气囊底端时，由于惯性作用，在水平地面上滑行了才停止，若不考虑气囊与地面连接处的速度大小变化，则人与地面间的动摩擦因数为多大。 14．（本题13分）如下图所示，质量、长度为的小车放在光滑水平面上，在小车右端施加一水平恒力，当小车向右运动速度达到时，在小车的右端轻轻放上一质量的小物块，小物块与小车间的动摩擦因数，小物块始终不离开小车（），问： (1)小车长度至少要多长； (2)小物块从放在小车上开始计时，经过时，物块的速度与小车位移分别是多少。 15．（本题16分）如图甲所示，倾角为、长度的传送带以恒定的速率（未知）沿顺时针方向运动。时刻，将一质量的物块（视为质点）轻放在传送带的上端，物块速率的平方与位移大小的关系图像如图乙所示，其中未知，取重力加速度大小，，。求： (1)在物块从位移为处运动到位移为处的过程中，物块的加速度大小以及物块与传送带之间的动摩擦因数； (2)在物块从位移为0处运动到位移为处的过程中，物块的加速度大小以及传送带运动的速率。 试卷第1页（共3页） 试卷第1页（共3页） 学科网（北京）股份有限公司 2 / 2 $ 高中物理单元测试 —— 第四章 牛顿运动定律（较难版01）（解析版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（本题4分）牛顿第一定律揭示了一切物体都具有惯性，关于牛顿第一定律和惯性的理解，下列现象叙述正确的是（　　） A．拍打衣服上的灰尘，是利用了惯性 B．牛顿第一定律是根据理论推导出来的 C．滑冰运动员如果不用力，会慢慢停下来，不符合牛顿第一定律 D．佩戴安全带可有效减小驾乘人员的惯性，避免严重交通事故伤害 【答案】A 【详解】A．拍打衣服时，衣服受力运动，而灰尘由于惯性保持静止，从而与衣服分离，这是利用了惯性，故A正确； B．牛顿第一定律是牛顿基于伽利略的理想实验和观察总结出的基本定律，并非由其他理论推导得出，故B错误； C．滑冰运动员不用力时慢慢停下，是由于摩擦力和空气阻力等外力作用，这符合牛顿第一定律（外力改变运动状态），故C错误； D．惯性只与质量有关，佩戴安全带不能改变驾乘人员的质量，因此无法减小惯性；安全带的作用是通过约束力减少惯性带来的伤害，故D错误。 故选A。 2．（本题4分）如图所示，一吊灯用轻质细线固定在天花板上，吊灯处于静止状态。下列关于力的说法正确的是（　　） A．细线对灯的拉力是由于灯的形变产生的 B．灯的重力与细线对灯的拉力是一对平衡力 C．灯的重力与细线对灯的拉力是一对相互作用力 D．细线对灯的拉力与天花板对细线的拉力是一对相互作用力 【答案】B 【详解】A．弹力是施力物体发生弹性形变产生的，细线对灯的拉力的施力物体是细线，因此该拉力是细线的形变产生的，故A错误； BC．平衡力是作用在同一物体上，大小相等、方向相反、作用在同一直线；相互作用力是两个物体之间的相互作用，分别作用在两个不同物体上。 吊灯静止处于平衡状态，灯的重力和细线对灯的拉力都作用在灯上，是一对平衡力，故B正确，C错误； D．细线对灯的拉力受力物体是灯，天花板对细线的拉力受力物体是细线，两个力不是两个物体之间的相互作用，不是一对相互作用力，故D错误。 故选B。 3．（本题4分）下列单位中，都属于国际单位制基本单位的一组是（    ） A．m、s、 B．N、kg、m/s C．m、N、 D．、m、 【答案】A 【详解】A．国际单位制（SI）规定了七个基本物理量及其基本单位：长度（米，m）、质量（千克，kg）、时间（秒，s）、电流（安培，A）、热力学温度（开尔文，K）、物质的量（摩尔，mol）和发光强度（坎德拉，cd）。其他单位均为导出单位，由基本单位通过物理公式推导得出。m、s、kg：m是长度的基本单位，s是时间的基本单位，kg是质量的基本单位，三者均为基本单位，故A正确； B．N、kg、m/s：N（牛顿）是力的单位，由公式推导，单位为kg·m/s²，属于导出单位；kg是基本单位；m/s（米每秒）是速度单位，由公式推导，单位为m/s，属于导出单位，不全为基本单位，故B错误； C．m、N、kg：m是基本单位，N是导出单位（kg·m/s²），kg是基本单位，不全为基本单位，故C错误； D．kg、m、N/kg：kg是基本单位，m是基本单位，N/kg（牛顿每千克）是加速度单位，由公式推导，单位为m/s²，属于导出单位。不全为基本单位，故D错误。 故选A。 4．（本题4分）某同学的质量为，他某次搭乘电梯的过程中，站在体重计上发现其示数为，电梯在竖直方向运动，取，关于该过程下列说法正确的是（    ） A．该同学处于失重状态 B．该同学所受的重力变小了 C．电梯的加速度大小为，方向竖直向上 D．该同学对体重计的压力小于体重计对该同学的支持力 【答案】A 【详解】AC．该同学实际质量 ，体重计显示质量 ，可知体重计显示值对应支持力 该同学处于失重状态。由牛顿第二定律（竖直向上为正）有 求得 即加速度大小为 ，方向竖直向下，故A正确，C错误； B．重力由质量和重力加速度决定，二者均不变，重力不变，故B错误； D． 根据牛顿第三定律，知该同学对体重计的压力与体重计对该同学的支持力大小相等，故D错误。 故选A。 5．（本题4分）如图所示是用动力学方法测量空间站质量的原理图。在飞船与空间站对接后，飞船的推进器工作10s，测出飞船和空间站的速度变化是。若已知飞船质量为，推进器的平均推力为，则空间站的质量约为（    ） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】飞船和空间站的加速度 对飞船和空间站由牛顿第二定律 解得空间站的质量 故选A。 6．（本题4分）我国老百姓盖房子，房顶一般采用“人”字型结构，但是陕西关中地区的一些房子的房顶结构却是“人”字的一半，显得有点“怪”，俗称“房子半边盖”，如图所示，据说这种房子便于收集雨水。假设房屋的占地面积、宽度均一定，房顶可看成光滑斜面，欲使从房屋顶端沿斜面静止下落的雨滴（可看成质点）用时最短，则屋顶的倾角可设计为（　　） A．15° B．30° C．45° D．60° 【答案】C 【详解】设房屋宽度为d，对从房屋顶端沿斜面静止下落的雨滴有 其中 联立整理得 可知当屋顶的倾角时用时最短。 故选C。 7．（本题4分）如图所示，质量相同的两块砖甲、乙用轻弹簧竖直连接，砖乙下方垫了一块水平木板，整个系统处于静止状态，重力加速度大小为，抽出木板瞬间，下列关于两物体的加速度说法正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】设甲、乙质量均为m，抽出木板前，对甲受力分析有 在抽出木板的瞬间，弹簧对甲的支持力和对乙的压力大小并未改变，对甲有 可得甲的加速度为零； 对乙，根据牛顿第二定律可得 解得乙的加速度大小，故选D。 二、多选题 8．（本题6分）如图甲所示，无人机从地面竖直起飞，运动一段时间后因动力系统发生故障，最终到达某一高度处后速度为零。图乙是无人机从地面上升至最高点过程中的图像，已知无人机飞行时所受的阻力大小恒为4N，取重力加速度。则（　　） A．无人机从地面上升至最高点，位移大小为18m B．无人机从地面上升至最高点，位移大小为24m C．无人机的质量为2kg D．无人机的质量为4kg 【答案】BC 【详解】AB．因图像与坐标横轴围成的面积表示位移的大小，由图乙可知无人机从地面上升至最高点，位移大小 故A错误，B正确； CD．因图像的斜率表示加速度，所以无人机在加速过程中的加速度大小 减速过程中的加速度大小 失去升力后无人机在重力和阻力的作用下减速上升，根据牛顿第二定律，有 解得无人机的质量 故C正确，D错误。 故选BC。 9．（本题6分）如图1所示，和叠放在一起置于光滑的水平地面上，现用水平外力作用在上，运动的图像如图2所示。已知内外力的大小为2.5N，7s时滑离，和之间的动摩擦因数为，重力加速度取，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．的质量为2kg B．的质量为5kg C．4s后只需要大于2N即可 D．内的位移大小为13m 【答案】AD 【详解】AB．从图像得加速度。内，的加速度 此时、一起加速，地面光滑，整体由牛顿第二定律 代入 得 内，、相对滑动，的加速度 对，合力为对的滑动摩擦力，由牛顿第二定律 代入、 得 联立 解得， 故A正确，B错误； C．4s后，要让、发生相对滑动，需要的加速度大于的加速度。对由牛顿第二定律 要求 代入数据得 故C错误； D．v−t图像的面积表示位移，内的位移 故D正确。 故选AD。 10．（本题6分）如图所示，物体放置在水平桌面上，桌子边缘固定一轻质定滑轮，一轻绳绕过定滑轮和另一轻质动滑轮将物块，按如图方式连接，桌面上方的轻绳与桌面保持平行，与动滑轮连接的轻绳保持竖直方向。已知物块，的质量均为，物块与桌面间的动摩擦因数为，重力加速度为，不计轻绳与滑轮间的摩擦力和空气阻力。在物块向下运动的过程中，下列说法正确的是（　　） A．物块A和物块B的加速度大小之比为 B．物块A和物块B在某时刻的速度大小之比为1：2 C．物块A的加速度大小为 D．物块A的加速度大小为 【答案】BD 【详解】AB．假设物块A下降，由于动滑轮的存在，物块B会向左移动的距离 两边同时对时间求导，可得速度关系 再对速度关系两边同时对时间求导，可得加速度关系 故A错误，B正确； CD．分别对A、B分析，设绳子张力为，对A根据牛顿第二定律，取下为正方向有 对B根据牛顿第二定律，取左为正方向有 又因为 联立上述三式解得 故C错误，D正确。 故选BD。 三、实验题 11．（本题6分）如图1所示为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置及数字化信息系统，获得了小车加速度a与钩码的质量及小车和砝码的质量对应关系图。钩码的质量为m1，小车和砝码的质量为m2，重力加速度为g。 (1)下列说法正确的是___________。 A．每次在小车上加减砝码时，应重新平衡摩擦力 B．实验时若用打点计时器应先释放小车后接通电源 C．本实验m2应远小于m1 D．在用图像探究加速度与质量关系时，应作a-图像 (2)实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，测得F=m1g，作出a-F图像，他可能作出图2中___________（选填“甲”、“乙”、“丙”）图线。此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是___________。 A．小车与轨道之间存在摩擦 B．导轨保持了水平状态 C．钩码质量太大 D．所用小车的质量太大 【答案】(1)D (2) 丙 C 【详解】（1）A．平衡摩擦力，假设木板倾角为θ，则有f=mgsinθ=μmgcosθ m约掉了，每次在小车上加减砝码时，故不需要重新平衡摩擦力，故A错误； B．实验时应先接通电源后释放小车，故B错误； C．让小车的质量m2远远大于钩码的质量m1，因为实际上绳子的拉力 而实验中用小盘和重物的重力代替拉力，则应该是，故C错误； D．由牛顿第二定律F=ma，所以，所以在用图像探究小车的加速度与质量的关系时，通常作图像，故D正确。 故选D。 （2）[1][2]遗漏了平衡摩擦力这一步骤，就会出现当有拉力时，物体不动的情况，故可能作出图2中丙。此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是钩码的总质量太大，没有远小于小车和砝码的质量。 故选C。 12．（本题9分）某小组在验证“物体的加速度与合力和质量的关系”的实验中，使用了以下器材：气垫导轨（包含滑轮和气泵）、滑块（附带遮光条）、光电门（2个）、数字计时器、天平、若干砝码及托盘，以及若干细线，其中重力加速度为g。操作步骤如下： ①安装好实验器材，测量两个光电门之间的距离，调整气垫导轨，并用细线将滑块与托盘连接，使其跨过定滑轮。 ②保持滑块质量不变，在托盘上放置一定质量的砝码，测量滑块上的遮光条通过光电门1和光电门2时的挡光时间。 ③逐步增加托盘中的砝码数量，重复上述操作，绘制出砝码及托盘的总重力mg与滑块加速度a的函数关系图像。 根据上述操作回答问题： (1)该实验调整气垫导轨时，气垫导轨应保持________状态。（填“倾斜”或“水平”） (2)若在逐渐增加砝码的过程中，发现图像不再是直线，这是由于砝码的质量不再远小于滑块的质量，导致细线的拉力与砝码及托盘的总重力偏差较大。在如图乙所示的图线中对应的图线是________（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）。 (3)截取图乙中图线的直线部分如图丙所示，根据图丙结果可得出滑块及遮光条的总质量为________kg（结果保留2位有效数字）。 (4)为了解决（2）中的系统误差，另一小组同学将滑块（含遮光条）、砝码及托盘整体视为一个系统，通过绘制滑块加速度a的倒数与砝码及托盘总质量m的倒数的图像，即，也可以验证当物体质量保持不变时，物体的加速度与所受合外力成正比，该图像纵轴的截距为________（用题中所给物理量的字母表示）。 【答案】(1)水平 (2)Ⅰ (3)2.0 (4) 【详解】（1）实验前，应将气垫导轨调至水平状态，调节定滑轮的高度，使细线与气垫导轨平行，使滑块所受拉力为合力。 （2）对砝码及托盘列牛顿第二定律则有 对滑块及遮光条列牛顿第二定律则有 联立解得 当砝码及托盘的质量远大于滑块及遮光条的质量时，砝码及托盘的加速度趋近于重力加速度，故选图线Ⅰ。 （3）乙中的直线部分，细线的拉力约等于砝码及托盘的重力，对滑块及遮光条列牛顿第二定律则有 结合丙图可知图像的斜率即为滑块及遮光条的质量，则有 （4）对砝码及托盘列牛顿第二定律则有 对滑块及遮光条列牛顿第二定律则有 联立解得 整理可得 故在图像中，其纵截距为。 四、解答题 13．（本题10分）民航客机都有紧急出口，发生意外情况的飞机紧急着陆后，打开紧急出口，狭长的气囊会自动充气，生成一条连接出口与地面的斜面，人员可沿斜面滑行到地面。若机舱口下沿距地面高为，气囊所构成的斜面长度为，一个质量为的人沿气囊滑下时所受的阻力是，开始下滑时人的初速度为零，那么人滑至气囊底端过程中，g取10m/s2求： (1)到达底端时速度的大小； (2)人员到达气囊底端时，由于惯性作用，在水平地面上滑行了才停止，若不考虑气囊与地面连接处的速度大小变化，则人与地面间的动摩擦因数为多大。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）设气囊所构成的斜面与水平方向夹角为，由牛顿第二定律 由几何知识可得 代入数据解得运动的加速度为 由运动学公式可得，到达底端时的速度大小为 （2）在水平面上，由运动学公式 在水平面上由牛顿第二定律 联立可得人与地面间的动摩擦因数为 14．（本题13分）如下图所示，质量、长度为的小车放在光滑水平面上，在小车右端施加一水平恒力，当小车向右运动速度达到时，在小车的右端轻轻放上一质量的小物块，小物块与小车间的动摩擦因数，小物块始终不离开小车（），问： (1)小车长度至少要多长； (2)小物块从放在小车上开始计时，经过时，物块的速度与小车位移分别是多少。 【答案】(1) (2)， 【详解】（1）设小物块放到小车上后，小车的加速度为，小物块的加速度为 根据牛顿第二定律， 设经过时间，二者达到相同的速度，在此过程中，小车的位移，小物块的位移 根据速度时间关系， 根据位移时间关系， 小车的最小长度 解得， （2）时，小物块与小车共速 共速后，两者一起加速，根据牛顿第二定律 解得 共速后到的时间 物块的速度 小车共速后位移 小车的总位移 解得 15．（本题16分）如图甲所示，倾角为、长度的传送带以恒定的速率（未知）沿顺时针方向运动。时刻，将一质量的物块（视为质点）轻放在传送带的上端，物块速率的平方与位移大小的关系图像如图乙所示，其中未知，取重力加速度大小，，。求： (1)在物块从位移为处运动到位移为处的过程中，物块的加速度大小以及物块与传送带之间的动摩擦因数； (2)在物块从位移为0处运动到位移为处的过程中，物块的加速度大小以及传送带运动的速率。 【答案】(1)， (2)， 【详解】（1）由运动公式可知图像的斜率与加速度有关，则 解得 此时物块速度比传送带快，摩擦力方向沿斜面向上，列出物块的牛顿第二定律有 解得 （2）物块从位移为0处运动到位移为处的过程中，传送带对物块的摩擦力方向沿斜面向下，对物块列牛顿第二定律，有 解得 结合题图乙有， 其中，，解得， 试卷第1页（共3页） 试卷第1页（共3页） 学科网（北京）股份有限公司 2 / 2 $