2022-2023版高中物理 第四章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 4.7 用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問(wèn)題（二）習(xí)題 新人教版必修1

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1、2022-2023版高中物理 第四章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 4.7 用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問(wèn)題（二）習(xí)題 新人教版必修11(多選)一種巨型娛樂(lè)器械可以讓人體驗(yàn)超重和失重的感覺(jué)。一個(gè)可乘十多個(gè)人的環(huán)形座艙套在豎直柱子上,由升降機(jī)構(gòu)送上幾十米的高處,然后讓座艙自由下落。下落一定高度后,制動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng),座艙做減速運(yùn)動(dòng),到地面時(shí)剛好停下。下列判斷正確的是()A.座艙在自由下落的過(guò)程中人處于超重狀態(tài)B.座艙在自由下落的過(guò)程中人處于失重狀態(tài)C.座艙在減速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中人處于失重狀態(tài)D.座艙在減速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中人處于超重狀態(tài)解析:人隨座艙自由下落時(shí),加速度為重力加速度,座艙支持力為零,人處于完全失重狀態(tài),選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正

2、確;人隨座艙減速下降時(shí),座艙支持力大于人的重力,人處于超重狀態(tài),選項(xiàng)C錯(cuò)誤,選項(xiàng)D正確。答案:BD2在索契冬奧會(huì)自由式滑雪女子空中技巧比賽中,中國(guó)選手徐夢(mèng)桃以83.50分奪得銀牌。比賽場(chǎng)地可簡(jiǎn)化為如圖所示的助滑區(qū)、弧形過(guò)渡區(qū)、著陸區(qū)、減速區(qū)等組成。若將運(yùn)動(dòng)員看作質(zhì)點(diǎn),且忽略空氣阻力,下列說(shuō)法正確的是()A.運(yùn)動(dòng)員在助滑區(qū)加速下滑時(shí)處于超重狀態(tài)B.運(yùn)動(dòng)員在弧形過(guò)渡區(qū)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中處于失重狀態(tài)C.運(yùn)動(dòng)員在跳離弧形過(guò)渡區(qū)至在著陸區(qū)落地的過(guò)程中處于完全失重狀態(tài)D.運(yùn)動(dòng)員在減速區(qū)減速過(guò)程中處于失重狀態(tài)答案:C3某中學(xué)實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)在電梯的天花板上固定一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì),使其測(cè)量掛鉤(跟彈簧相連的掛鉤)向下,并在

3、鉤上懸掛一個(gè)重為10 N的鉤碼。彈簧測(cè)力計(jì)彈力隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示,根據(jù)F-t圖象,下列分析正確的是()A.從時(shí)刻t1到t2,鉤碼處于超重狀態(tài)B.從時(shí)刻t3到t4,鉤碼處于失重狀態(tài)C.電梯可能開(kāi)始停在15樓,先加速向下,接著勻速向下,再減速向下,最后停在1樓D.電梯可能開(kāi)始停在1樓,先加速向上,接著勻速向上,再減速向上,最后停在15樓解析:0t1階段,物體處于平衡(靜止或勻速)狀態(tài);t1t2階段,物體處于失重(加速下降或減速上升)狀態(tài);t2t3階段,物體處于平衡狀態(tài);t3t4階段,物體處于超重(加速上升或減速下降)狀態(tài),選項(xiàng)C正確。答案:C4如圖所示,光滑半球形容器固定在水平面上,O為球心

4、,一質(zhì)量為m的小滑塊,在水平力F的作用下靜止在P點(diǎn)。設(shè)滑塊所受支持力為FN,OP與水平方向的夾角為。下列關(guān)系正確的是()A.FC.FN解析:對(duì)小滑塊受力分析如圖所示,根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系可得FA正確。答案:A5如圖所示,置于水平地面的三腳架上固定著一質(zhì)量為m的照相機(jī)。三腳架的三根輕質(zhì)支架等長(zhǎng),與豎直方向均成30角,則每根支架承受的壓力大小為()AC解析:設(shè)每根支架對(duì)照相機(jī)的支持力大小均為FN,由受力平衡得3FNcos 30=mg,解得FND正確.答案:D6如圖所示,兩根等長(zhǎng)的輕繩將日光燈懸掛在天花板上,兩繩與豎直方向的夾角都為45,日光燈保持水平,所受重力為G,左右兩繩的拉力大小分別為()A.G和

5、GBC解析:設(shè)繩子中拉力為F,日光燈受力如圖所示。則F=Gsin 45B正確。答案:B7如圖所示,A、B兩球完全相同,質(zhì)量為m,用兩根等長(zhǎng)的細(xì)線懸掛在O點(diǎn),兩球之間夾著一根勁度系數(shù)為k的輕彈簧,靜止不動(dòng)時(shí),彈簧位于水平方向,兩根細(xì)線之間的夾角為,則彈簧的長(zhǎng)度被壓縮了()AC解析:對(duì)A球受力分析如圖所示,由平衡條件得F=mgtanF=kx,則xC正確,選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)誤。答案:C8滑板運(yùn)動(dòng)是一項(xiàng)非常刺激的水上運(yùn)動(dòng),研究表明,在進(jìn)行滑板運(yùn)動(dòng)時(shí),水對(duì)滑板的作用力FN垂直于板面,大小為kv2,其中v為滑板速率(水可視為靜止)。某次運(yùn)動(dòng)中,在水平牽引力的作用下,當(dāng)滑板和水面的夾角=37時(shí),滑板做勻速直線

6、運(yùn)動(dòng),相應(yīng)的k=54 kg/m,人和滑板的總質(zhì)量為108 kg,試求(重力加速度g取10 m/s2,sin 37=0.6,忽略空氣阻力):(1)水平牽引力的大小;(2)滑板的速率。解析:(1)以滑板和運(yùn)動(dòng)員為研究對(duì)象,其受力如圖所示由共點(diǎn)力平衡條件可得FNcos =mgFNsin =F由聯(lián)立,得F=810 N。(2)FN又FN=kv2得vm/s。答案:(1)810 N(2)5 m/s能力提升1如圖所示,小球靠在豎直固定擋板上與斜面保持靜止,不計(jì)摩擦,當(dāng)緩慢增大斜面的傾角時(shí),小球?qū)醢宓膹椓N1和小球?qū)π泵娴膹桝.FN1變大,FN2變大B.FN1變大,FN2變小C.FN1變小,FN2變小D.F

7、N1變小,FN2變大解析:按照力的分解原則,將小球的重力G沿垂直于擋板和垂直于斜面方向分解為F1和F2,由于斜面傾角在緩慢變大,故力F2在緩慢地改變大小和方向,而F1方向不變,大小緩慢變化,但無(wú)論如何變化,F1與F2、F1與F2、F1與F2的合力始終為重力G(即對(duì)角線一定),由圖可知,傾角增大時(shí),FN1、FN2均是增大,故選項(xiàng)A正確。答案:A2若貨物隨升降機(jī)運(yùn)動(dòng)的v-t圖象如圖所示(豎直向上為正),則貨物受到升降機(jī)的支持力F與時(shí)間t關(guān)系的圖象可能是()解析 根據(jù)題圖可知,對(duì)于時(shí)間軸下面的圖象,電梯先向下做勻加速運(yùn)動(dòng),再勻速,后勻減速運(yùn)動(dòng),則根據(jù)牛頓第二定律可知,貨物隨電梯先失重,再處于平衡狀態(tài)

8、,后超重,則支持力先小于重力,再等于重力,后大于重力;對(duì)于時(shí)間軸上面的圖象,電梯向上先做勻加速運(yùn)動(dòng)、再勻速、后勻減速運(yùn)動(dòng)時(shí),同理可知支持力先大于重力、再等于重力、后小于重力,選項(xiàng)B正確。答案 B3如圖所示,用完全相同的輕彈簧A、B、C將兩個(gè)相同的小球連接并懸掛,小球處于靜止?fàn)顟B(tài),彈簧A與豎直方向的夾角為30,彈簧C水平,則彈簧A、C的伸長(zhǎng)量之比為()A解析:對(duì)兩小球組成的整體,受到整體重力G、輕彈簧A的彈力FA、輕彈簧C的彈力FC三個(gè)力的作用,根據(jù)平衡條件可得,水平方向有FAsin 30=FC,根據(jù)胡克定律可得FA=kxA,FC=kxC,聯(lián)立D正確。答案:D4(多選)如圖所示,物塊A、B的質(zhì)量

9、均為m,水平地面和豎直墻面均光滑,在水平推力F的作用下,兩物塊均處于靜止?fàn)顟B(tài)。則()A.B受到的摩擦力大小等于mgB.B受到的摩擦力大小等于2mgC.B對(duì)地面的壓力大小等于mgD.B對(duì)地面的壓力大小等于2mg解析:分析A、B整體的受力,如圖甲所示,由平衡條件可知,FNB=2mg,即B對(duì)地面的壓力大小等于2mg,選項(xiàng)D正確;再隔離物塊A,對(duì)其受力如圖乙所示,由平衡條件可知,FfBA=mg,根據(jù)牛頓第三定律,A對(duì)B的摩擦力大小也等于mg,選項(xiàng)A正確。答案:AD5如圖所示,質(zhì)量m=5 kg的物體置于一粗糙斜面上,用一平行于斜面、大小等于30 N的力F推物體,使物體沿斜面向上勻速運(yùn)動(dòng),斜面體質(zhì)量m0=

10、10 kg,且始終靜止,求地面對(duì)斜面的摩擦力及支持力的大小。(g取10 m/s2)解析:利用平衡條件,在水平方向和豎直方向分別有Ff=Fcos 30=30N26 N,FN=(m0+m)g-Fsin 30=(10+5)10 N-30N=135 N,即地面對(duì)斜面的摩擦力大小為26 N,地面對(duì)斜面的支持力大小為135 N。答案:26 N135 N6質(zhì)量為200 kg的物體,置于升降機(jī)內(nèi)的臺(tái)秤上,從靜止開(kāi)始上升。運(yùn)動(dòng)過(guò)程中臺(tái)秤的示數(shù)F與時(shí)間t的關(guān)系如圖所示。求升降機(jī)在7 s內(nèi)上升的高度。(g取10 m/s2)解析:由圖象可知,升降機(jī)在02 s內(nèi)加速上升,25 s內(nèi)勻速上升,57 s內(nèi)減速上升。設(shè)加速上

11、升和減速上升時(shí)的加速度大小分別為a1和a3。則加速時(shí)有F1-mg=ma1代入數(shù)據(jù)解得a1=5 m/s2此過(guò)程升降機(jī)上升的高度h1m=10 m升降機(jī)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度v=a1t1=52 m/s=10 m/s此過(guò)程升降機(jī)上升的高度h2=vt2=103 m=30 m減速時(shí)有mg-F3=ma3代入數(shù)據(jù)解得a3=5 m/s2此過(guò)程升降機(jī)上升的高度h3m=10 m所以升降機(jī)在7 s內(nèi)上升的高度h=h1+h2+h3=10 m+30 m+10 m=50 m。答案:50 m7如圖所示,質(zhì)量為m1的物體甲通過(guò)三段輕繩懸掛,三段輕繩的結(jié)點(diǎn)為O,輕繩OB水平且B端與放置在水平面上的質(zhì)量為m2的物體乙相連,輕繩OA與豎直

12、方向的夾角=37,物體甲、乙均處于靜止?fàn)顟B(tài)。(已知sin 37=0.6,cos 37=0.8,tan 37=0.75,g取10 m/s2,設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力)求:(1)輕繩OA、OB受到的拉力是多大?(2)物體乙受到的摩擦力是多大?方向如何?(3)若物體乙的質(zhì)量為m2=4 kg,物體乙與水平面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為=0.3,則欲使物體乙在水平面上不滑動(dòng),物體甲的質(zhì)量m1最大不能超過(guò)多少?解析:(1)如圖所示,對(duì)結(jié)點(diǎn)O進(jìn)行受力分析,FTOAFTOB=m1gtan (2)Ff=FTOB(3)Ffm=m2g=0.340 N=12 N,當(dāng)FTOBN時(shí),m1=1.6 kg,即物體甲的質(zhì)量m1最大不能超過(guò)1.6 kg。答案:(1