2021高一物理寒假作业同步练习题 牛顿运动定律的应用（含解析）.docx

1、牛顿运动定律的应用超重和失重 （1）超重:物体有向上的加速度称物体处于超重.处于超重的物体对支持面的压力F N （或对悬挂物的拉力）_物体的重力，即.（2）失重:物体有向下的加速度称物体处于失重.处于失重的物体对支持面的压力FN（或对悬挂物的拉力）_物体的重力.即.当时，物体处于_.（3）对超重和失重的理解应当注意的问题 不管物体处于失重状态还是超重状态，物体本身的重力_，只是物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）不等于物体本身的重力.超重或失重现象与物体的速度无关，只决定于_的方向.“加速上升”和“减速下降”都是超重;“加速下降”和“减速上升”都是失重. 在完全失重的状态下，平常一切由重力产

2、生的物理现象都会完全消失，如单摆停摆、天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生压强等. 【答案】大于、小于、完全失重、并没有改变、加速度一、单选题（本大题共18小题）1.如图所示，光滑水平面上的物体，如果在受到与水平方向成角的拉力F作用下能够向右作匀速直线运动，则需要对物体施加一个水平向左的拉力。这个拉力的大小为()A. FsinB. FcosC. mg-FsinD. mg+Fsin【答案】B【解析】解：F在水平方向的分力为Fcos；由于物体做匀速直线运动，所以物体受力平衡，根据平衡条件可得需要对物体施加一个水平向左的拉力F=Fcos，故B正确，ACD错误。故选：B。物体做匀速直线运

3、动，所以物体受力平衡，根据平衡条件列方程求解。本题主要是考查了共点力的平衡问题，解答此类问题的一般步骤是：确定研究对象、进行受力分析、利用平行四边形法则进行力的合成或者是正交分解法进行力的分解，然后在坐标轴上建立平衡方程进行解答。2.如图所示，在粗糙的水平面上放一质量为2kg的物体，现用大小为8N的力F，斜向下推物体。已知力F与水平方向成30角，物体与水平面之间的动摩擦因数为0.5，滑动摩擦力等于最大静摩擦力，重力加速度取10m/s2，则A. 物体对地面的压力大小为24NB. 物体所受的摩擦力大小为12NC. 物体加速度大小为6m/s2D. 物体将向右做匀速直线运动【答案】A【解析】分析物体受

4、力情况：物体受到重力、支持力、推力和摩擦力的作用，由竖直方向上的受力平衡求出支持力，即可求得物体对地面的压力。物体在推力的作用下，具有向右运动的趋势，需要比较水平向右的分力与最大静摩擦力的大小，确定物体的运动状态，再得出摩擦力的大小。解答的关键是需要判断出物体在推力的作用下能否运动，若运动则受到的是滑动摩擦力，则根据牛顿第二定律求加速度，若静止，则受到的是静摩擦力，静摩擦力要根据平衡条件求解。【解答】A.物体的受力如图所示：在竖直方向，由共点力平衡条件和力的分解，可得：N=mg+Fsin30，可得：N=24N，由牛顿第三定律知，物体对地面的压力为N=N=24N，故A正确；BCD.物体的最大静摩

5、擦力fmax=N=12N，因为Fcos30fmax，所以物体处于静止状态，所受的摩擦力为，加速度为零，故BCD错误。故选A。3.如图所示，一位滑雪者，人与装备的总质量为75kg，以2m/s的初速度沿山坡匀加速直线滑下，山坡倾角为30，在5s的时间内滑下的路程为60m，g取10m/s2.则滑雪者与雪面间的动摩擦因数( )A. 0.05B. 0.12C. 0.25D. 0.30【答案】B【解析】分析：本题考查牛顿运动定律的应用，从运动情况确定受力，受力分析求合力是关键；解答：受力分析如图所示：由运动学公式：x=v0t+12at2解得a=4m/s2根据生顿第二定律有mgsin-f=mamgcos-F

6、N=0f=FN联立解得=0.124.某人想测量地铁启动过程中的加速度，他把一根细绳的下端绑着一支圆珠笔，细绳的上端用电工胶布临时固定在地铁的竖直扶手上。在地铁起动后的某段加速过程中，细绳偏离了竖直方向，他用手机拍摄了当时情景的照片(如图所示)，拍摄方向跟地铁前进方向垂直。请你根据这张照片估算此时地铁的加速度为( )A. 1.4m/s2B. 2.7m/s2C. 5.8m/s2D. 缺乏数据，无法测量【答案】A【解析】本题考查牛顿第二定律的应用，基础题。以圆珠笔为研究对象进行受力分析，根据牛顿第二定律mgtan=ma，结合照片信息联立求解。【解答】当圆珠笔与列车相对静止时，圆珠笔的加速度与列车的加

7、速度相同。设细线与竖直扶手的夹角为，以圆珠笔为研究对象进行受力分析，根据牛顿第二定律：mgtan=ma解得：a=gtan，由一支圆珠笔的长度约为15cm，估算此时细线的长度80cm和圆珠笔重心到竖直扶手的距离11cm，得：tan=11802-1120.1388，联立得a=gtan=1.388m/s21.4m/s2，故A正确，BCD错误。故选A。5.沼泽地的下面蕴藏着丰富的泥炭，泥炭的纤维状和海绵状的物理结构导致人在其上面行走时容易下陷(设在下陷过程中，泥炭对人的阻力不计)。如果整个下陷的过程是先加速运动再减速运动，那么，下列说法中正确的是()A. 在加速向下运动时，人对沼泽地的压力大于沼泽地对

8、人的支持力B. 在减速向下运动时，人对沼泽地的压力小于沼泽地对人的支持力C. 在整个运动过程中，人先处于超重状态，后处于失重状态D. 在整个运动过程中，人对沼泽地的压力大小总是等于沼泽地对人的支持力【答案】D【解析】本题考查对相互作用力的理解，由牛顿第三定律可知，作用力与反作用力大小相等，方向相反，沼泽地地面对人的支持力和人对沼泽地地面的压力是相互作用力，二者大小相等。【解答】ABD.在整个运动过程中，人对沼泽地的压力与沼泽地对人的支持力是一对作用与反作用力，则人对沼泽地的压力大小总是等于沼泽地对人的支持力，选项D正确，AB错误。C.在整个运动过程中，先加速下降再减速下降，加速度先向下后向上，

9、则人先处于失重状态，后处于超重状态，选项C错误。故选D。6.静止在水平地面上的小车，质量为5kg。在水平拉力50N的作用下做直线运动，2s内匀加速前进了4m，在这个过程中(g取10m/s2)()A. 小车加速度的大小是1m/s2B. 小车加速度的大小是2m/s2C. 动摩擦因数是0.4D. 摩擦力的大小是10N【答案】B【解析】本题主要考查了牛顿第二定律及运动学基本公式的直接应用，要求同学们能正确对物体进行受力分析，难度不大，属于基础题。根据匀加速直线运动位移时间公式求出加速度，根据牛顿第二定律求解摩擦力的大小，根据=fmg求解动摩擦因数。【解答】AB.根据x=v0t+12at2得：a=244

10、=2m/s2，故A错误，B正确；CD.根据牛顿第二定律得：F-f=ma解得：f=50-10=40N，则=fmg=4050=0.8，故CD错误。故选B。7.水平路面上质量为30kg的小车，在60N水平推力作用下由静止开始以1.5m/s2的加速度做匀加速直线运动。2s后撤去该推力，则( )A. 小车2 s末的速度是4m/sB. 小车受到的阻力大小是15 NC. 撤去推力后小车的加速度大小是1m/s2D. 小车运动的总时间为6 s【答案】B【解析】本题考查牛顿第二定律与运动学公式的应用，基础题。根据运动学公式求速度，根据牛顿第二定律求出手推车所受的阻力大小，撤去推力，根据牛顿第二定律求出加速度的大小

11、，运动学公式求减速时间，再求总时间。【解答】根据运动学公式，小车2s末的速度，v=at1=3m/s根据牛顿第二定律得：F-f=ma，计算得出f=15N撤去拉力后，加速度a=fm=0.5m/s2，减速时间为t2=va=30.5s=6s小车运动的总时间为t=t1+t2=2s+6s=8s，故B正确，ACD错误。故选B。8.如图所示，一个小球自由下落到将弹簧压缩到最短后开始竖直向上反弹，从开始反弹至小球到达最高点，小球的速度和加速度的变化情况为()A. 速度一直变小直到零B. 速度先变大，然后变小直到为零C. 加速度一直变小，方向向上D. 加速度先变小后保持不变【答案】B【解析】根据小球所受的合力判断

12、小球加速度的变化，根据加速度方向与速度方向的关系，判断速度的变化。解决本题的关键知道加速度方向与合力方向相同，要注意弹簧的弹力随形变量的变化而变化，明确力和运动间的关系；知道当加速度方向与速度方向相同时，速度增大，当加速度方向与速度方向相反时，速度减小。【解答】A.小球到达最低点时，受弹力大于本身的重力，物体向上做加速运动，速度增加，当重力与弹力相等时达最大速度，然后物体做减速运动，速度减小，到达最高点速度为零，故A错误，B正确；C.开始时弹力大于重力，随着高度增加，弹力减小，加速度减小；当弹力与重力相等时加速度为零，此后弹力小于重力，并且弹力越来越小，物体受到的合力越来越大，加速度增大，当物

13、体脱离弹簧后加速度为g，保持不变，故CD错误。故选B。9.如图，A，B，C三个小球质量均为m，A，B之间用一根没有弹性的轻质细绳连在一起，B，C之间用轻弹簧拴接，整个系统用细线悬挂在天花板上并且处于静止状态，现将A、B之间的细绳剪断，则在剪断细绳的瞬间，A，B，C三个小球的加速度大小分别是()A. 0，g，gB. 0，2 g，0C. 2 g，g，gD. 2 g，0，g【答案】B【解析】本题是连接体问题，考查了牛顿第二定律的应用，分析清楚物体的受力情况是解题的关键，应用牛顿第二定律可以解题；解题时要注意弹簧的弹力不能突变，绳子的弹力可以突变。剪断轻绳瞬间，弹簧的弹力不会突变，轻绳的拉力瞬间消失，

14、分析剪断轻绳前后三个物体的受力情况，应用牛顿第二定律求出A、B、C的加速度。【解答】系统处于静止时，由平衡条件得：对C，弹簧的弹力为：T=mg对A、B、C系统：悬绳的拉力：F=3mg；烧断AB之间细线瞬间，悬绳的拉力突变为mg，对A，合力为零，aA=0烧断AB之间细线瞬间，AB间绳的拉力突变为零，对B，由牛顿第二定律得：mg+T=maB，解得：aB=2g剪断轻绳瞬间，弹簧的弹力不变，对C，由牛顿第二定律得：T-mg=maC，解得：aC=0，故ACD错误，B正确。故选B。10.如图所示，固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆的夹角为，在斜杆下端固定有质量为m的小球，下列关于杆对球的弹力F的判断中，下列

15、说法正确的是()A. 小车静止时，F=mgcos，方向沿杆向上B. 小车静止时，F=mgcos，方向垂直于杆向上C. 小车向右以加速度a运动时，一定有mgcosD. 小车向右以加速度a运动时，F=(ma)2+(mg)2，方向斜向右上方【答案】D【解析】本题考查了轻杆上的力的计算，注意杆上的力的方向不一定沿杆，要根据状态，由平衡条件和牛顿运动定律分析确定。当小车静止时，小球处于平衡状态，根据共点力平衡求出弹力的大小和方向；当小车向右做匀加速直线运动时，通过小球的合力，结合平行四边形定则求出杆子的作用力大小和方向。【解答】AB.小车静止时，小球处于平衡状态，受重力和杆子的作用力处于平衡，则有F=m

16、g，所以杆对球的弹力方向竖直向上，故AB错误；CD.小车向右以加速度a运动时，小球所受的合力为ma，根据平行四边形定则知，杆子的作用力F=mg2+ma2，方向斜向右上方，设作用力与竖直方向上的夹角为，则tan=mamg=ag，夹角随着加速度的变化而变化，所以作用力与竖直方向的夹角不一定等于，故C错误，D正确。故选：D。11.三个光滑斜轨道1、2、3，它们的倾角依次是60、45、30，这些轨道交于O点，现有位于同一竖直线上的三个物体甲、乙、丙分别沿这三个轨道同时从静止自由下滑，如图所示，物体滑到O点的先后顺序是()A. 甲最先，乙稍后，丙最后B. 甲、乙、丙同时到达C. 乙最先，然后甲和丙同时到

17、达D. 乙最先，甲稍后，丙最后【答案】C【解析】本题考查了匀变速直线运动的位移与时间的关系、从受力确定运动情况、用牛顿运动定律分析斜面体模型的相关知识，试题难度较易【解答】设三个光滑斜轨道的共同底边长为d，当物体沿着与水平方向成角的斜轨道下滑时，加速度a=gsin，斜轨道长s=dcos，物体沿光滑斜轨道下滑的时间由s=12at2可得t=2sa=2dgsincos=4dgsin2.当=45时，2=90，sin2=1，此时t值最小，因此乙最先到达O点；当=30和=60时，sin60=sin1201，因此甲和丙滑行的时间相同，在乙之后同时到达O点，故C正确12.如图所示，位于足够长的光滑固定斜面上的

18、小物块，在一水平向左推力F的作用下，沿斜面加速下滑，在F逐渐增大、方向保持不变的过程中，物块的加速度大小将()A. 逐渐减小B. 逐渐增大C. 先减小后反向增大D. 先增大后反向减小【答案】C【解析】对物块进行受力分析，物块受重力、支持力、推力，沿斜面加速下滑，知加速度的方向沿斜面向下，根据牛顿第二定律列出方程，根据F的变化，可知加速度的变化。本题主要是考查了牛顿第二定律的知识；利用牛顿第二定律答题时的一般步骤是：确定研究对象、进行受力分析、进行正交分解、在坐标轴上利用牛顿第二定律建立方程进行解答。【解答】设斜面的倾角为，物块的质量为m，加速度大小为a.物块沿斜面向下加速滑动，受力分析如图所示

19、根据牛顿第二定律得mgsin-Fcos=ma，解得a=gsin-Fmcos，当F增大时，加速度a向下减小，物体向下做加速运动；当F=mgtan时加速度a=0，物体的速度达到最大；当F继续增大，则有Fcos-mgsin=ma，此时加速度向上增大，物体向下做减速运动，故C正确13.如图所示，一箱苹果沿着倾角为的斜面，以加速度a=gsin匀加速下滑在箱子的中央有一个质量为m的苹果，它受到周围苹果对它作用力的方向()A. 垂直斜面向上B. 沿斜面向下C. 沿斜面向上D. 竖直向上【答案】A【解析】解决本题的关键掌握牛顿第二定律，以及抓住加速度相同，运用整体法和隔离法进行分析。【解答】对整体分析，整体以

20、加速度a=gsin匀加速下滑，说明斜面为光滑斜面，中央的苹果受重力、周围苹果的作用力，两个力的合力F合=ma=mgsin，受力如图，则知周围苹果对它的作用力方向垂直斜面向上。故A正确，BCD错误。故选A。14.倾角为的光滑固定斜面上放置一滑块M，其上表面水平，又在滑块M上放置一个质量为m的滑块，M和m保持相对静止，一起沿光滑斜面下滑，则物体m受到的摩擦力f和支持力N的大小为()A. f=mgsin，N=mgcosB. f=mgsincos，N=mgcos2C. f=mgcos2，N=mgsincosD. f=mgcos，N=mgsin2【答案】B【解析】本题关键是采用整体法和隔离法灵活选择研究

21、对象，受力分析后根据平衡条件并结合正交分解法列式后联立求解，不难【解答】对两物体的整体，根据牛顿定律可得：(m+M)gsin=(m+M)a，解得a=gsin；对物体m；水平方向：f=max=mgsincos;竖直方向：mg-N=may=mgsin2，解得N=mgcos2，故B正确。故选B。15.如图所示，带支架的平板小车沿水平面向左做直线运动，小球A用细线悬挂于支架前端，质量为m的物块B始终相对于小车静止在小车右端。B与小车平板间的动摩擦因数为。若某时刻观察到细线偏离竖直方向角，则此刻小车对物块B产生的作用力的大小和方向为(重力加速度为g)()A. mg，竖直向上B. mg1+2，斜向左上方C

22、. mgtan，水平向右D. mg1+tan2，斜向右上方【答案】D【解析】先以A为研究对象，根据牛顿第二定律求出加速度再对B研究，由牛顿第二定律求解小车对物块B产生的摩擦力大小和方向，再对支持力进行合成，得到小车对B的作用力的大小和方向。本题要抓住小球、物块B和小车的加速度相同的特点，根据牛顿第二定律采用隔离法研究。【解答】以A为研究对象，受力分析如图所示根据牛顿第二定律得：mAgtan=mAa，得：a=gtan，方向水平向右再对B受力分析，小车对B的摩擦力为：Ff=ma=mgtan，方向水平向右，小车对B的支持力大小为FN=mg，方向竖直向上，则小车对物块B的作用力的大小为：F=FN2+F

23、f2=mg1+tan2，方向斜向右上方，D正确16.如图所示为物体的合外力F的大小随时间t的变化情况，物体在合外力的作用下从静止开始运动，则在0t0时间内，下列说法正确的是( )A. 物体的加速度先变小，后变大；速度先变小，后变大B. 物体的加速度先变大，后变小；速度先变大，后变小C. 物体的加速度先变小，后变大；速度先变大，后变小D. 物体的加速度先变大，后变小；速度一直变小【答案】C【解析】解：由于合力先减小后反向增大，根据牛顿第二定律可知，其加速度先减小后反向增大，加速度与速度方向相同时，物体做加速运动，加速度反向后，加速度和速度方向相反，物体做减速运动，故速度先变大后变小；故C正确，A

24、BD错误。故选：C。由图象可知：合力先增大后反向减小，根据牛顿第二定律和运动学规律分析速度的变化。本题考查牛顿第二定律的简单应用，注意当加速度与速度方向相反时，则减速运动，加速度与速度方向相同时，为加速运动。17.比赛用的冰壶和冰球均以相同的初速度在水平冰面上滑行，已知两者与冰面的动摩擦因素相同，则()A. 冰球的加速度大于冰壶的加速度B. 冰球的加速度小于冰壶的加速度C. 冰球的加速度等于冰壶的加速度D. 冰球滑行的距离更大【答案】C【解析】根据牛顿第二定律知：mg=ma，因冰壶和冰球与冰面的动摩擦因数相同，二者加速度大小相同。本题主要考察牛顿di第二定律，关键是知道摩擦力提供加速度。【解答

25、】ABC.因冰壶和冰球与冰面的动摩擦因数相同，二者水平冰面上滑行时，摩擦力提供加速度，根据牛顿第二定律知：mg=ma，a=g故AB错误，C正确。D.由2ax=v2知：两者花型ju距离相等，故D错误。故选C。18.如图所示，在光滑的水平桌面上有一物体A，通过绳子与物体B相连，假设绳子的质量以及绳子与定滑轮之间的摩擦力都可以忽略不计，绳子不可伸长。如果mB=3mA，则绳子对物体A的拉力大小为()A. mBgB. 34mAgC. 3mAgD. 34mBg【答案】B【解析】因整体的加速度沿绳子方向，故本题应以整体沿绳进行分析，由牛顿第二定律可求得加速度；本题为连接体，注意本题中注意应沿绳子方向进行分析

26、；当然本题也可以对两物体分别受力分析，此时应注意分析绳子的拉力。【解答】解：AB连在一起，加速度相同；对整体分析可知整体沿绳方向只受B的重力，则由牛顿第二定律可知，加速度为a=mBgmA+mB=3g4；选取A为研究的对象水平方向A只受到绳子的拉力，所以绳子的拉力F=mAa=34mAg=14mBg；故ACD错误，B正确；故选B。二、计算题（本大题共3小题）19.如图所示，一辆货车运载着圆柱形光滑的空油桶。在车厢底，一层油桶平整排列，相互紧贴并被牢牢固定，上一层只有一只桶C质量为50kg，自由地摆放在桶A、B之间，没有用绳索固定。桶C受到桶A和桶B的支持，和汽车一起保持静止。(1)当货车匀速运动时

27、，C对A的压力大小。(2)当汽车以加速度a=3m/s向左加速运动时，A对C和B对C的支持力大小？(3)当汽车向左运动的加速度增大到一定值时，桶C就脱离A而运动到B的右边，这个加速度有多大？【答案】解：(1)桶C受力分析如图所示，根据平衡条件可得2Fcos30=mg，故A对C的支持力F=33mg=50033N，根据牛顿第三定律可知C对A的压力大小F=F=50033N；(2)根据牛顿第二定律，结合正交分解法可得竖直方向有FAcos30+FBcos30=mg，水平方向有FBsin30-FAsin30=ma解得FA=35033N，FB=65033N；(3)当FA减小到0时，刚好达到题目的临界条件：此时

28、桶C受力如下图根据图中几何关系可知：tan30=ma0mg，解得：a0=33g【解析】本题主要考查了牛顿第二定律的应用，对于力学问题分析的关键是正确的受力分析，注意临界条件的应用。(1)对桶C受力分析根据平衡条件列式计算；(2)根据牛顿第二定律，结合正交分解法列式计算；(3)当FA减小到0时，桶C刚好脱离A，根据受力分析结合牛顿第二定律分析。20.如图所示为一滑草场的滑道示意图，某条滑道由AB、BC、CD三段组成，其中AB段和BC段与水平面的倾角分别为53和37，且这两段长度均为L=28m，载人滑草车从坡顶A点由静止开始自由下滑，先加速通过AB段，再匀速通过BC段，最后停在水平滑道CD段上的D

29、点，若滑草车与AB、BC、CD三段草地之间的动摩擦因数均为，不计滑草车在滑道交接处的能量损失，g=10m/s2，sin37=0.6，cos37=0.8，求：(1)滑草车与草地之间的动摩擦因数。(2)滑草车经过B点时的速度大小VB。(3)滑草车从A点运动至D点的时间t。【答案】(1)在BC段载人滑草车匀速运动，则有：mgsin37-mgcos37=0得=0.75(2)AB段，由牛顿第二定律有：ma1=mgsin53-mgcos53由运动学公式有VB2=2a1L解得a1=3.5m/s2，VB=14m/s(3)AB段t1=VBa1=4s；BC段t2=LVB=2814s=2s；CD段，由ma3=mg，

30、得a3=7.5m/s2t3=VBa3=1.87s所以总时间t=t1+t2+t3=7.87s【解析】(1)载人滑草车匀速通过BC段，合力为零，由平衡条件列式求解。(2)在AB段，由牛顿第二定律求出加速度，再由速度位移公式求滑草车经过B点时的速度大小VB；(3)根据速度公式分别求出AB段和BC段的时间。由牛顿第二定律和速度公式求出CD段的时间，从而求得总时间。本题根据物体的受力求物体的运动，解决此类问题的关键是抓住联系力和运动的桥梁加速度。正确的受力分析和运动分析是解决问题的基础。21.风洞飞行是一项很受年轻人喜爱的运动。体验者在风洞中可以调整身体姿态以获得不同的风力，从而实现在风洞中上升、下降和

31、飘浮，好似在太空中行走一般。假设风对体验者的升力与人的有效作用面积成正比。一身高为h0=1.60m的体验者(可认为其重心为身高的中心)身体处于竖直状态时有最小的有效受力面积为S，平躺时有最大的有效受力面积为10S，当他调整姿态到有效受力面积为4S时，就可以飘浮在风洞中任何位置了(g取10m/s2)。则：体验者在风洞中能获得的向上、向下的最大加速度各是多大？若风洞高h=7.2m，试求体验者通过调整身体姿势，完成一次从洞底到洞顶运动的最短时间t(要求身体不能触碰洞底与洞顶，忽略人平躺时的厚度)【答案】解：(1)设年轻人的质量为m，则飘浮时4kS=mg得：kS=14mg故设向上最大加速度为a1：则有10kS-mg=ma1解得 向下最大加速度为a2：则有mg-kS=ma2解得 (2)设最大速度为v则有v22a1+v22a2=h-0.8 解得 最短时间为 【解析】本题主要考查了牛顿第二定律的应用，对于动力学问题关键是正确的对物体受力分析，根据牛顿第二定律结合运动学公式分析计算。(1)根据平衡条件结合最大受力面积和最小受力面积结合牛顿第二定律列式计算；(2)根据运动学公式分析计算。