2019高中物理 第四章 力與運動 課時訓(xùn)練21 牛頓第二定律的應(yīng)用 粵教版必修1.docx

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課時訓(xùn)練21　牛頓第二定律的應(yīng)用 基礎(chǔ)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(zhì)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(jīng)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(shè)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(zhì)量為m的質(zhì)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(nèi)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(shè)繩子的質(zhì)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(shè)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?yīng)為(設(shè)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(shè)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(shè)為2b,則雨滴下滑經(jīng)過的屋頂面長度s=bsinα,由s=12at2得t=4bgsin2α,則當(dāng)α=45時,對應(yīng)的時間t最小,則屋頂?shù)捻斀菓?yīng)取90,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(zhì)量為15 kg,發(fā)動機(jī)推動力為恒力.實驗火箭升空后發(fā)動機(jī)因故障突然關(guān)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(dá)到的最大高度為320 m B.該實驗火箭在星球表面達(dá)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(jī)的推動力F為37.5 N 答案BC 解析火箭所能達(dá)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(zhì)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(zhì)點的加速度可能為5 m/s2 B.該質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(dá)到平衡狀態(tài),D項正確;該質(zhì)點應(yīng)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(jīng)過2 s到達(dá)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(jī),在正常航線上做水平飛行時,由于突然受到強(qiáng)大垂直氣流的作用,使飛機(jī)在10 s內(nèi)高度下降了1 700 m,造成眾多乘客和機(jī)組人員受傷事故,如果只研究飛機(jī)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(jī)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(dāng)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(jī)向上運動,受到傷害的是人的頭部. (2)在豎直方向上,飛機(jī)做初速為零的勻加速直線運動,h=12at2 ① 設(shè)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(yīng)時間(即圖甲中“反應(yīng)過程”所用時間)t0=0.4 s,但飲酒會導(dǎo)致反應(yīng)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(guān)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(yīng)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(shè)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(xué)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(shè)志愿者反應(yīng)時間為t,反應(yīng)時間的增加量為Δt,由運動學(xué)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(shè)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(zhì)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