2019高中物理 第四章 力與運動 課時訓練21 牛頓第二定律的應用 粵教版必修1.docx

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課時訓練21　牛頓第二定律的應用 基礎夯實 1.雨滴從空中由靜止落下,若雨滴下落時空氣對它的阻力隨雨滴下落速度的增大而增大,如圖所示的圖象能正確反映雨滴下落運動情況的是(　　) 答案C 解析 雨滴下落過程中受力如圖所示 F合=mg-f,阻力隨雨滴下落速度的增大而增大,所以F合逐漸減小,加速度逐漸減小,由v-t圖象得C項正確. 2.質量為1 kg、初速度v0=10 m/s的物體,受到一個與初速度v0方向相反、大小為3 N的外力F的作用,沿粗糙的水平面滑動,物體與水平面間的動摩擦因數(shù)為0.2,經3 s后撤去外力,則物體滑行的總位移為(g取10 m/s2)(　　) A.7.5 m B.9.25 m C.9.5 m D.10 m 答案B 解析剛開始物體受合外力F+μmg=ma,代入數(shù)據(jù)解得a=5 m/s2,由于a與v0方向相反,所以由v0=at得到t=2 s后物體速度為零,位移s=v02t=10 m;接下來反向勻加速運動1 s,加速度a1= F-μmgm,代入數(shù)據(jù)解得a1=1 m/s2,位移s1=12a1t2=0.5 m,方向與s相反.v1=a1t1=11 m/s=1 m/s,方向與v0方向相反;接下來做加速度a2=μg=2 m/s2的勻減速運動,所以s2=v122a2=0.25 m,方向與s相反,所以總位移為s總=s-s1-s2=9.25 m. 3. 將物體豎直上拋,假設運動過程中空氣阻力大小不變,其速度—時間圖象如圖所示,則物體所受的重力和空氣阻力之比為(　　) A.1∶10 B.10∶1 C.9∶1 D.8∶1 答案B 解析由題圖分析上升加速度大小為11 m/s2,下降加速度大小為9 m/s2,即mg+f=11m,mg-f=9m,解得mg∶f=10∶1,即B正確. 4.質量為m的質點,受水平恒力作用,由靜止開始做勻加速直線運動,它在t時間內的位移為s,則F的大小為(　　) A.2mst2 B.2ms2t-1 C.2ms2t+1 D.2mst-1 答案A 解析由牛頓第二定律F=ma與s=12at2,得出F=2mst2,選項A正確. 5. 如圖所示,在光滑的水平桌面上有一物體A,通過繩子與物體B相連,假設繩子的質量以及繩子與定滑輪之間的摩擦力都忽略不計,繩子不可伸長,如果mB=3mA,則物體A的加速度大小等于(　　) A.3g B.3g4 C.g D.g2 答案B 解析設繩子的拉力大小為FT,對A,由牛頓第二定律得FT=mAa,繩子不可伸長,A、B兩者加速度大小相等,對B,由牛頓第二定律得mBg-FT=mBa,聯(lián)立兩方程解得a=3g4,選項B正確. 6. 一間新房要蓋屋頂,為了使下落的雨滴能夠以最短的時間淌離屋頂,則所蓋屋頂?shù)捻斀菓獮?設雨滴沿屋頂下淌時,可看成在光滑的斜坡上下滑) (　　) A.60 B.90 C.120 D.150 答案B 解析由題意知,雨滴沿屋頂?shù)倪\動過程中受重力和支持力作用,設其運動的加速度為a,屋頂?shù)捻斀菫?α,則由牛頓第二定律得a=gcos α.又因房屋的前后間距已定,設為2b,則雨滴下滑經過的屋頂面長度s=bsinα,由s=12at2得t=4bgsin2α,則當α=45時,對應的時間t最小,則屋頂?shù)捻斀菓?0,選項B正確. 7. (多選)在某一星球表面做火箭實驗.已知豎直升空的實驗火箭質量為15 kg,發(fā)動機推動力為恒力.實驗火箭升空后發(fā)動機因故障突然關閉,如圖是實驗火箭從升空到落回星球表面的速度隨時間變化的圖象,不計阻力,則由圖象可判斷(　　) A.該實驗火箭在星球表面達到的最大高度為320 m B.該實驗火箭在星球表面達到的最大高度為480 m C.該星球表面的重力加速度為2.5 m/s2 D.發(fā)動機的推動力F為37.5 N 答案BC 解析火箭所能達到的最大高度hmax=122440 m=480 m,故選項A錯誤,選項B正確;該星球表面的重力加速度g=4016 m/s2=2.5 m/s2,故選項C正確;火箭升空時,a=408 m/s2=5 m/s2,故推動力F=mg+ma=112.5 N,故選項D錯誤. 8.(多選)重力為10 N的質點放在光滑水平地面上,受到大小為2 N的水平外力F1的作用,再施加一個大小為6 N的水平外力F2后,以下說法正確的是(　　) A.該質點的加速度可能為5 m/s2 B.該質點所受合外力的最大值為18 N,最小值為2 N C.F1的反作用力也作用在該質點上,方向與F1的方向相反 D.若再施加一個大小為6 N的外力,有可能使該質點處于平衡狀態(tài) 答案AD 解析F1、F2的合力范圍是4 N≤F≤8 N,所以加速度a的范圍是4 m/s2≤a≤8 m/s2,A項正確;若再施加一個6 N的力,有可能三力合力為零,達到平衡狀態(tài),D項正確;該質點應受四個力的作用,豎直方向受重力和支持力,這二力平衡,所以質點合力的最大值為8 N,最小值為4 N,B項錯誤;F1的反作用力作用在F1的施力物體上,C項錯誤. 能力提升 9. 如圖,滑塊以初速度v0沿表面粗糙且足夠長的固定斜面,從頂端下滑,直至速度為零.對于該運動過程,若用h、x、v、a分別表示滑塊的下降高度、位移、速度和加速度的大小,t表示時間,則下列圖象最能正確描述這一運動規(guī)律的是(　　) 答案B 解析滑塊以初速度v0沿粗糙斜面下滑直至停止,可知滑塊做勻減速直線運動.對滑塊受力分析易得a=μgcos θ-gsin θ,方向沿斜面向上,C、D選項錯誤;x=v0t-12at2,h=xsin θ,由圖象規(guī)律可知A選項錯誤,B選項正確. 10.(多選)如圖(a),一物塊在t=0時刻滑上一固定斜面,其運動的v-t圖線如圖(b)所示.若重力加速度及圖中的v0、v1、t1均為已知量,則可求出(　　) A.斜面的傾角 B.物塊的質量 C.物塊與斜面間的動摩擦因數(shù) D.物塊沿斜面向上滑行的最大高度 答案ACD 解析由圖象可得物塊上滑的加速度大小a1=v0t1,下滑的加速度大小a2=v1t1,根據(jù)牛頓第二定律,物塊上滑時有mgsin θ+μmgcos θ=ma1,下滑時有mgsin θ-μmgcos θ=ma2,則可求出θ、μ;物塊上滑的最大距離x=v0t12,則最大高度h=xsin θ,選項A、C、D正確,B錯誤. 11.如圖所示,水平恒力F=20 N,把質量m=0.6 kg的木塊壓在豎直墻上,木塊離地面的高度H=6 m.木塊從靜止開始向下做勻加速運動,經過2 s到達地面.(g取10 m/s2)求: (1)木塊下滑的加速度a的大小; (2)木塊與墻壁之間的動摩擦因數(shù). 答案(1)3 m/s2　(2)0.21 解析(1)由H=12at2得 a=2Ht2=2622 m/s2=3 m/s2. (2)木塊受力分析如圖所示, 根據(jù)牛頓第二定律有 mg-f=ma,FN=F 又f=μFN,解得 μ=m(g-a)F=0.6(10-3)20=0.21.　 12.某航空公司的一架客機,在正常航線上做水平飛行時,由于突然受到強大垂直氣流的作用,使飛機在10 s內高度下降了1 700 m,造成眾多乘客和機組人員受傷事故,如果只研究飛機在豎直方向上的運動,且假定這一運動是勻變速直線運動,g取10 m/s2,試計算: (1)未系安全帶的乘客,相對于機艙將向什么方向運動?最可能受到傷害的是人體的什么部位? (2)乘客所系安全帶必須提供相當于乘客體重多少倍的豎直拉力才能使乘客不脫離座椅? 答案見解析 解析(1)若乘客未系安全帶,由h=12at2求出a=34 m/s2,大于重力加速度,所以人相對于飛機向上運動,受到傷害的是人的頭部. (2)在豎直方向上,飛機做初速為零的勻加速直線運動,h=12at2 ① 設安全帶對乘客向下的拉力為F,對乘客由牛頓第二定律有F+mg=ma ② 聯(lián)立①②式解得Fmg=2.4. 13.研究表明,一般人的剎車反應時間(即圖甲中“反應過程”所用時間)t0=0.4 s,但飲酒會導致反應時間延長.在某次試驗中,志愿者少量飲酒后駕車以v0=72 km/h的速度在試驗場的水平路面上勻速行駛,從發(fā)現(xiàn)情況到汽車停止,行駛距離L=39 m.減速過程中汽車位移x與速度v的關系曲線如圖乙所示,此過程可視為勻變速直線運動.重力加速度的大小g取10 m/s2.求: 甲 乙 (1)減速過程汽車加速度的大小及所用時間; (2)飲酒使志愿者的反應時間比一般人增加了多少; (3)減速過程汽車對志愿者作用力的大小與志愿者重力大小的比值. 答案(1)8 m/s2　2.5 s (2)0.3 s (3)415 解析(1)設減速過程中汽車加速度的大小為a,所用時間為t,由題可得初速度v0=20 m/s, 末速度vt=0,位移x=25 m,由運動學公式得 v02=2ax ① t=v0a ② 聯(lián)立①②式,代入數(shù)據(jù)得a=8 m/s2③ t=2.5 s. ④ (2)設志愿者反應時間為t,反應時間的增加量為Δt,由運動學公式得L=v0t+x ⑤ Δt=t-t0 ⑥ 聯(lián)立⑤⑥式,代入數(shù)據(jù)得Δt=0.3 s. ⑦ (3)設志愿者所受合外力的大小為F,汽車對志愿者作用力的大小為F0,志愿者質量為m,由牛頓第二定律得F=ma ⑧ 由平行四邊形定則得F02=F2+(mg)2 ⑨ 聯(lián)立③⑧⑨式,代入數(shù)據(jù)得F0mg=415. ⑩