2020届高考物理总复习第三单元牛顿运动定律单元检测教师用书（含解析） 7页

牛顿运动定律一、单项选择题1.(2018河北省衡水市安平中学月考)下列关于牛顿运动定律的说法中正确的是(　　)。A.惯性就是物体保持静止状态的性质B.力的国际制单位“牛顿”是根据牛顿第二定律定义的C.伽利略在亚里士多德、笛卡儿等科学家关于力与运动关系研究的基础上,运用理想实验和归谬法得出了惯性定律D.一对作用力与反作用力的作用效果总相同解析　惯性是物体保持静止或匀速直线运动状态的性质,A项错误;力的国际制单位“牛顿”是根据牛顿第二定律定义的(使质量为1kg的物体产生1m/s2的加速度的力就是1N),B项正确;惯性定律是牛顿得出的,C项错误;作用力和反作用力作用在不同的物体上,作用效果不同,D项错误。答案　B2.(2019安徽江淮部分学校高三入学摸底联考)如图所示是俄罗斯名将伊辛巴耶娃撑竿跳时的情景,若不计空气阻力,下列说法正确的是(　　)。A.在撑竿的过程中竿对她的弹力大于她对竿的压力B.在撑竿上升过程中,她始终处于超重状态C.在空中下降过程中她处于失重状态D.她落到软垫上后一直做减速运动解析　在撑竿的过程中竿对她的弹力与她对竿的压力是作用力与反作用力,大小相等,故A项错误;在撑竿上升开始阶段加速度的方向向上,她处于超重状态;在上升的最后阶段加速度的方向向下,她处于失重状态,故B项错误;在空中下降过程她只受到重力的作用,加速度的方向向下,她处于失重状态,故C项正确;在她落到软垫上后起初的一段,软垫的作用力小于重力,她仍然要做一段加速运动后才会减速,故D项错误。答案　C3.(2018河北省衡水市安平中学月考)用细线将篮球拴在升降机光滑的侧壁上,当升降机加速下降时,出现如图所示的情形。重力加速度为g,四位同学对此现象做出了分析与判断,其中可能正确的是(　　)。A.升降机的加速度大于g,侧壁对球无挤压B.升降机的加速度小于g,侧壁对球有挤压C.升降机的加速度等于g,侧壁对球无挤压D.升降机的加速度等于g,侧壁对球有挤压解析　当升降机加速下降的加速度等于g时,小球在竖直方向上仅受重力,拉力为零,由于小球在水平方向上平衡,可知侧壁对小球无挤压,故C项正确,D项错误。当升降机加速下降,加速度大于g时,小球受重力、绳子的拉力,由于水平方向上平衡,则侧壁对小球有弹力,即侧壁对球有挤压,故A项错误。当升降机加速下降,加速度小于g时,不会出现如图所示的情况,球会在悬点下方,故B项错误。答案　C4.(2018福建省厦门双十中学高三考前热身考试)质量M=1kg的木板静止在粗糙水平面上,木板与地面间的动摩擦因数为μ1,在木板的左端放置一个质量m=1kg,大小可忽略的铁块。铁块与木板间的动摩擦因数为nμ2,g=10m/s2。若在铁块右端施加一个从0开始增大的水平向右的力F,假设木板足够长,铁块所受木板摩擦力随拉力F的变化如图所示。这两个动摩擦因数的数值分别是(　　)。A.μ1=0.1,μ2=0.2　　　　B.μ1=0.1,μ2=0.4C.μ1=0.2,μ2=0.4D.μ1=0.4,μ2=0.2解析　由图可知,当F≥6N时,铁块受到的摩擦力恒定,为滑动摩擦力,且f=μ2mg=4N,解得μ2=0.4。在F=6N时,铁块和木板具有相同的加速度,对铁块有F-f=ma,解得a=2m/s2。对木板有f-μ1(M+m)g=Ma,解得μ1=0.1,故B项正确。答案　B5.(2018湖北省黄冈市高三上学期期末)如图所示,物块A放在木板B上,A、B的质量相同,A与B之间、B与地面之间的动摩擦因数也相同(最大静摩擦力大小等于滑动摩擦力大小)。若将水平力作用在A上,使A刚好要相对B滑动,此时水平力大小为F1;若将水平力作用在B上,使B刚好要相对A滑动,此时水平力大小为F2,则F1与F2的比为(　　)。A.1∶1　　　B.1∶2　C.1∶3　　　D.1∶4解析　由于A与B之间的最大静摩擦力fAB=μmg小于B与地面之间的最大静摩擦力fB地=2μmg,将水平力作用在A上,使A刚好要相对B滑动,此时B静止,A与B间的摩擦力刚好达到最大,水平力大小F1=μmg;将水平力作用在B上,使B刚好要相对A滑动,此时A、B间的摩擦力刚好达到最大,A、B的加速度相等,有aA=aB=μmgm=μg,此时水平力大小满足F2-2μmg=2maB,解得F2=4μmg,故F1与F2的比为1∶4,D项正确。答案　D二、多项选择题6.(2018山西省运城市康杰中学高考模拟)如图甲所示,A、B两物体用两根轻质细线分别悬挂在天花板上,两细线与水平方向的夹角分别为60°和45°,A、B间拴接的轻质弹簧恰好处于水平状态,则下列判断正确的是(　　)。甲A.A、B的质量之比为3∶1B.A、B所受弹簧弹力大小之比为3∶2C.悬挂A、B的细线上拉力大小之比为1∶2D.快速撤去弹簧的瞬间,A、B的瞬时加速度大小之比为1∶2解析　对A、B两个物体受力分析,如图乙所示。A、B都处于静止状态,受力平衡,则对物体A,有tan60°=mAgF;对物体B,有F'=mBg,又F=F',所以mA∶mB=3∶1,A项正确。同一根弹簧弹力相等,故B项错误;对A物体,细线拉力TA=Fcos60°;对B物体,细线拉力TB=F'cos45°,解得TA∶TB=2∶1,故C项错误。快速撤去弹簧的瞬间,物体A、Bn将以悬点为圆心做圆周运动,刚撤去弹簧的瞬间,将重力沿半径方向和切线方向分解再在这两个方向求合力,可知沿半径方向合力为零,沿切线方向合力等于重力沿切线方向的分力,则加速度a=gcosθ,所以快速撤去弹簧的瞬间,A、B的瞬时加速度大小之比为1∶2,D项正确。乙答案　AD7.(2018安徽省皖南八校高三第三次联考)如图甲所示,可视为质点的质量m1=1kg的小物块放在质量m2=2kg的长木板正中央位置,长木板静止在水平地面上,连接物块的轻质细绳与水平方向的夹角为37°,现对长木板施加水平向左的拉力F=18N,长木板运动的v-t图象如图乙所示,sin37°=0.6,g=10m/s2,(　　)。A.长木板运动1s后离开小物块B.长木板长度为2mC.长木板与地面间的动摩擦因数为0.5D.物块与长木板间的动摩擦因数为0.5解析　从图线可知,木板运动2s后离开小物块,A项错误;由图线可知,0~2s内木板的位移x=2×12m=1m,所以L=2x=2m,B项正确。在2s~3s,由图线可得a2=ΔvΔt=4m/s2,又a2=F-μ2m2gm2,解得μ2=0.5,C项正确。在0~2s,对小物块,有F支+Tsin37°=m1g,Tcos37°=f1,而f1=μ1F支,长木板a1=ΔvΔt=0.5m/s2,a1=F-f1-μ2(m2g+F支)m2,联立解得μ1=819,D项错误。答案　BC8.(2018江西省赣州中学4月模拟)如图所示,传送带与水平面之间的夹角θ=30°,传送带两端A、B间的距离l=5m,传送带在电动机的带动下以v=1m/s的速度沿顺时针方向匀速运动,现将一质量m=10kg的小物体(可视为质点)轻放在传送带上的A点,已知小物体与传送带之间的动摩擦因数μ=32,在传送带将小物体从A点输送到B点的过程中(重力加速度g取10m/s2),下列说法正确的是(　　)。A.小物体在传送带上运动的时间为5sB.传送带对小物体做的功为255JC.电动机做的功为255JD.小物体与传送带间因摩擦产生的内能为15J解析　物体刚放上A点时,受到的滑动摩擦力沿传送带向上,物体做匀加速直线运动,此时a1=g(μcosθ-sinθ)=2.5m/s2。假设物体能与传送带达到相同的速度,则物体加速上滑的位移x1=v22a1=0.2mmgsinθ=50N,故之后小物体将向上做匀速运动,运动的时间t2=l-x1v=4.8s,故小物体运动的总时间t=t1+t2=5.2s,小物体运动到B点的速度为1m/s,A项错误。从A到B,由动能定理可知W传-mglsinθ=12mv2-0,解得W传=255J,B项正确。小物块相对传送带滑动的位移s相=vt1-x1=0.2m,则物体与传送带间因摩擦产生的热量Q=(μmgcosθ)s相=15J,D项正确。由功能关系可知,电动机做的功等于物块增加的机械能和因滑动摩擦而产生的内能,则W电=W传+Q=270J,故C项错误。答案　BD9.(2018湖南省桃源一中高三模拟)如图所示,A、B、C三球的质量均为m,轻质弹簧一端固定在斜面顶端、另一端与A球相连,A、B间固定一个轻杆,B、C间由一轻质细线连接。重力加速度为g。倾角为θ的光滑斜面固定在地面上,弹簧、轻杆与细线均平行于斜面,初始时刻系统处于静止状态,细线被烧断的瞬间,下列说法错误的是(　　)。A.B球的受力情况未变,加速度为零B.A、B两个小球的加速度均沿斜面向上,大小均为12gsinθC.A、B之间杆的拉力大小为2mgsinθD.C球的加速度沿斜面向下,大小为2gsinθ解析　根据平衡条件可得弹簧的弹力大小F=3mgsinθ,在细线被烧断的瞬间弹簧的弹力不能突变,所以A、B两个小球的加速度均沿斜面向上,大小均为a=F-2mgsinθ2m=12gsinθ,A项错误,B项正确;A、B之间杆的拉力大小T=mgsinθ+ma=32mgsinθ,C项错误;C球的加速度沿斜面向下,大小为gsinθ,D项错误。答案　ACD三、非选择题10.(2018烟台市高三4月模拟)两位同学做“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”实验。(1)实验装置如图甲所示,打出了一条纸带如图乙所示,计时器所用交流电源的频率为50Hz,从比较清晰的点起,每5个点取一个计数点,量出相邻计数点之间的距离,该小车的加速度为　　　　m/s2。(结果保留2位有效数字) 甲乙n丙(2)两同学各取一套图示的装置放在水平桌面上,在没有平衡摩擦力的情况下,研究加速度a与拉力F的关系,分别得到如图丙中A、B两条直线,图线斜率为　　　　,则A、B用的小车与木板间的动摩擦因数的关系为μA　　　　μB(选填“大于”“小于”或“等于”)。 　　解析　(1)处理匀变速直线运动中所打出的纸带,用公式Δx=at2求解加速度,关键是弄清公式中各个量的物理意义,Δx为连续相等时间内的位移差,t为连续相等的时间间隔,如果每5个点取一个计数点,则连续两相邻计数点的时间间隔t=0.1s,Δx=(6.49-6.34)×10-2m=0.15×10-2m,解得加速度a=0.15m/s2。(2)当没有平衡摩擦力时,有F-f=ma,故a=Fm-μg,即图线斜率为1m,纵轴截距的大小为μg,观察图线可知μA>μB。答案　(1)0.15　(2)小车质量的倒数　大于11.(2018湖北宜昌一中5月段考)2015年7月31日,国际奥委会主席巴赫宣布,北京获得2022年冬奥会举办权!如图所示,俯式冰橇是冬奥会的比赛项目之一,其赛道可简化为起点和终点高度相差120m、长度为1200m的斜坡。假设某运动员从起点开始,以平行赛道的恒力F=40N推动质量m=40kg的冰橇开始沿斜坡向下运动,出发4s内冰橇发生的位移为12m,8s末迅速登上冰橇与冰橇一起沿直线运动直到终点。设运动员登上冰橇前后冰橇速度不变,不计空气阻力,求:(g=10m/s2,取赛道倾角的余弦值为1,正弦值按照题目要求计算)(1)冰橇与赛道间的动摩擦因数。(2)比赛中运动员的最大速度。解析　(1)设出发4s内冰橇的加速度为a1,出发4s内冰橇发生的位移x1=12a1t12解得a1=1.5m/s2由牛顿第二定律有F+mgsinθ-μmgcosθ=ma1解得μ=0.05。(2)8s后冰橇的加速度为a2,由牛顿第二定律有(m+M)gsinθ-μ(m+M)gcosθ=(m+M)a28s末冰橇的速度v1=a1t2出发8s内冰橇发生的位移x2=12a1t22=48m到达终点时速度最大,设最大速度为v2,则v22-v12=2a2(x-x2)联立解得v2=36m/s。答案　(1)0.05　(2)36m/s12.(2018湖南常德3月月考)如图甲所示,质量为60kg的消防队员从一根固定的竖直金属杆上由静止滑下,经2.5s落地。消防队员受到竖直向上的摩擦力变化的情况如图乙所示,取g=10m/s2。在消防队员下滑的过程中,问:n(1)他落地时的速度为多大?(2)他在后1.5s内下滑的高度是多少?解析　(1)在第1s内,由牛顿第二定律得mg-f1=ma1解得a1=g-f1m=4m/s2在1s末的速度v1=a1t1=4m/s后1.5s内由牛顿第二定律得,f2-mg=ma2解得a2=f2m-g=2m/s2落地时的速度vt=v1-a2t2=1m/s。(2)在后1.5s内下滑的高度h2=v12-vt22a2=3.75m。答案　(1)1m/s　(2)3.75m13.(2018河南信阳市一中月考)某工厂用倾角为37°的传送带把货物由低处运送到高处,已知传送带总长L=50m,正常运转的速度v=4m/s。一次,工人刚把M=10kg的货物放到传送带上的A处时停电了,为了不影响工作的进度,工人拿来一块m=5kg带有挂钩的木板,把货物放到木板上,通过定滑轮用绳子把木板拉上去。货物与木板之间及木板与传送带之间的动摩擦因数均为0.8。(物块与木板均可看作质点,g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)(1)为了把货物拉上去又不使货物相对木板滑动,求工人所用拉力的最大值。(2)若工人用F=189N的恒定拉力把货物拉到L5处时来电了,工人随即撤去拉力,求此时货物与木板的速度大小。(3)继(2)问来电后,还需要多长时间货物能到达B处?(不计传送带的加速时间)解析　(1)设最大拉力为Fm,货物与木板之间的静摩擦力达到最大值,设此时的加速度为a1,对货物分析,根据牛顿第二定律有μMgcosθ-Mgsinθ=Ma1解得a1=0.4m/s2对货物与木板整体分析,根据牛顿第二定律有Fm-μ(m+M)gcosθ-(m+M)gsinθ=(m+M)a1解得Fm=192N。(2)设工人拉木板的加速度为a2,根据牛顿第二定律得F-μ(m+M)gcosθ-(m+M)gsinθ=(m+M)a2解得a2=0.2m/s2设来电时木板的速度为v1,根据运动学公式有v12=2a2L5解得v1=2m/s。n(3)由于v1<4m/s,所以来电后木板继续加速,设加速度为a3,则有μ(M+m)gcosθ-(M+m)gsinθ=(M+m)a3解得a3=0.4m/s2设再经过t1时间木板速度与传送带速度相同,有v=v1+a3t1得t1=5s设t1时间内木板加速运动的位移为x1,有v2-v12=2a3x1得x1=15m共速后,木板与传送带相对静止一起匀速运动,设匀速运动的时间为t2,匀速运动的位移为x2,有x2=L-L5-x1t2=x2v联立解得t2=6.25s所以来电后木板还需要运动t1+t2=11.25s。答案　(1)192N　(2)2m/s　(3)11.25s