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2017世纪金榜人教版高三第一轮复习物理Word版可编辑套题 课时提升作业 九 3.3.doc


课时提升作业 九
牛顿运动定律的综合应用 (45 分钟 100 分)

一、选择题(本题共 10 小题,每小题 7 分,共 70 分。1~6 题为单选题,7~10 题为多选题) 1.关于超失重,下列说法中正确的是( )

A.体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态 B.蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处于失重状态 C.举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于超重状态 D.游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态 【解析】选 B。当加速度有竖直向下的分量时,物体处于失重状态;当加速度有竖直向上的分 量时,物体处于超重状态,蹦床运动员在空中上升和下降的过程中加速度方向均竖直向下 ,且 a=g,为完全失重状态,所以 B 正确。而 A、C、D 中运动员均处于平衡状态,F=mg,既不超重也 不失重。 2.(2016·潍坊模拟)DIS 是由传感器、数据采集器、计算机组成的信息采集处理系统,某课外 实验小组利用 DIS 系统研究电梯的运动规律,他们在电梯内做实验,在电梯天花板上固定一个 力传感器,传感器的测量挂钩向下,在挂钩上悬挂一个质量为 1.0 kg 的钩码,在电梯由静止开始 上升的过程中,计算机屏上显示如图所示的图象(g 取 10m/s2),则( )

A.t1 到 t2 时间内,电梯匀速上升 B.t2 到 t3 时间内,电梯处于静止状态 C.t3 到 t4 时间内,电梯处于超重状态 D.t1 到 t2 时间内,电梯的加速度大小为 5m/s2 【解析】选 D 。 0 ~ t1 时间内 ,F1=mg, 电梯静止 ,t1 ~ t2 时间内 ,F2>mg, 电梯加速上升 , 加速度 a= =5m/s2,A 错误 ,D 正确 ;t2 ~ t3 时间内 ,F3=mg, 电梯匀速上升 ,B 错误 ;t3 ~ t4 时间

内,F4<mg,电梯减速上升,处于失重状态,C 错误。 【加固训练】 (多选)(2016·德州模拟)在下列运动过程中,人处于失重状态的是( )

A.小朋友沿滑梯加速滑下 B.乘客坐在沿平直路面减速行驶的汽车内 C.航天员随飞船绕地球做圆周运动 D.跳水运动员离开跳板后向上运动 【解析】选 A、C、D。当小朋友沿滑梯加速下滑时,具有向下的加速度,人处于失重状态,A 正确;乘客坐在沿平直路面减速行驶的汽车内,对乘客受力分析可得在竖直方向汽车对乘客的 作用力平衡了乘客的重力,乘客不处于失重状态,B 错误;航天员随飞船绕地球做圆周运动,航 天员处于完全失重状态,运动员离开跳板后仅受重力作用,处于完全失重状态,C、D 正确。 3.如图所示,质量为 1kg 的木块 A 与质量为 2kg 的木块 B 叠放在水平地面上,A、B 间的最大 静摩擦力为 2N,B 与地面间的动摩擦因数为 0.2。用水平力 F 作用于 B,则 A、B 保持相对静 止的条件是(g 取 10m/s2)( )

A.F≤12N C.F≤9N

B.F≤10N D.F≤6 N

【解析】选 A。当 A、B 间有最大静摩擦力(2N)时,对 A 由牛顿第二定律知,加速度为 2m/s2, 对 A、B 整体应用牛顿第二定律有:F-0.2×30N=3×2 N,F=12N,A、B 保持相对静止的条件 是 F≤12N,A 正确,B、C、D 错误。 4.如图所示,在光滑水平面上有一静止小车,小车上静止地放置着一小物块,物块和小车间的动 摩擦因数为μ =0.3,用水平恒力 F 拉动小车,设物块的加速度为 a1,小车的加速度为 a2。当水平 恒力 F 取不同值时,a1 与 a2 的值可能为(当地重力加速度 g 取 10m/s2)( )

A.a1=2m/s2,a2=3m/s2 B.a1=3m/s2,a2=2m/s2 C.a1=5m/s2,a2=3m/s2 D.a1=3m/s2,a2=5m/s2 【解析】选 D。由受力分析可知物块的加速度取决于小车对物块的摩擦力,即 Ff=ma1,且 Ff 的最大值为 Ffm=μ mg,即 a1 的最大值为 a1m=μ g=3m/s2。当二者相对静止一起加速时,a1=a2≤ 3m/s2。当 F 较大时,物块与小车发生相对滑动,a1=3 m/s2,

a2>3m/s2。综上所述只有选项 D 符合题意。

【加固训练】 如图所示,A、B 两物块叠放在一起,放在光滑地面上,已知 A、B 物块的质量分别为 M、m,物 块间粗糙。现用水平向右的恒力 F1、F2 先后分别作用在 A、B 物块上,物块 A、B 均不发生 相对运动,则 F1、F2 的最大值之比为( )

A.1∶1 C.m∶M

B.M∶m D.m∶(m+M)

【解析】选 B。F1 作用在 A 物块上,由牛顿第二定律,F1=(M+m)a1。设 A、B 物块间的最大静 摩擦力为 Ff,对 B 物块,则有 Ff=ma1。F2 作用在 B 物块上,由牛顿第二定律,F2=(M+m)a2。对 A 物块,则有 Ff=Ma2,联立解得:F1、F2 的最大值之比为 F1∶F2= M∶m,选项 B 正确。 5.如图所示,一根轻绳跨过光滑定滑轮,两端分别系着质量为 m1、 m2 的物块。 m1 放在地面上,m2 离地面有一定高度。 当 m2 的质量发生改变时,m1 的加速度 a 的大小也将随之改变。 下列图象 中,最能准确反映 a 与 m2 间的关系的是( )

【解析】 选 D。 当 m2≤m1 时,系统静止,a=0,B、 C 错误;当 m2>m1 时,对整体有 m2g-m1g=(m1+m2)a, 即 a=gg,可见 m2 趋近于无穷大时,a 趋近于 g,D 正确。

6.(2016· 大同模拟)如图所示,小木箱 ABCD 的质量 M=1.2kg,高 L=1.0m,其顶部离挡板 E 的距 离 h=2.0m,木箱底部有一质量 m=0.8kg 的小物体 P。 在竖直向上的恒力 T 作用下,木箱向上运 动。为了防止木箱与挡板碰撞后停止运动时小物体与木箱顶部相撞,则拉力 T 的取值范围为 (重力加速度 g 取 10m/s2)( )

A.0<T<30N C.20N<T<35N

B.0<T<35N D.20 N<T<30N

【解析】选 D。在木箱与小物体整体上升过程中,由牛顿第二定律得 T-(M+m)g=(M+m)a,当木 箱与挡板相碰时速度满足 =2ah,小物体与木箱顶部不相碰时速度 vP 应满足 <2gL,解得

-g< g, 得 T<30N 。要使木箱向上运动 , 则有 T>(M+m)g=20N, 所以 T 的取值范围为 20N<T<30N,故选项 D 正确。 7.如图所示,一足够长的木板静止在光滑水平面上 ,一物块静止在木板上,木板和物块间有摩 擦。现用水平力向右拉木板,当物块相对木板滑动了一段距离但仍有相对运动时撤掉拉力,此 后木板和物块相对于水平面的运动情况为( )

A.物块先向左运动,再向右运动 B.物块向右运动,速度逐渐增大,直到做匀速运动 C.木板向右运动,速度逐渐变小,直到做匀速运动 D.木板和物块的速度都逐渐变小,直到为零 【解析】选 B、C。开始时,物块相对木板向左滑动,物块受到向右的滑动摩擦力,木板受到向 左的滑动摩擦力,当撤掉拉力时,由于 v 木>v 物,物块和木板受到的滑动摩擦力大小、方向均不 变 , 故木板向右做匀减速运动 , 物块向右做匀加速运动 , 直到两者速度相等后 , 一起做匀速运 动,B、C 正确。 8.(2016·郑州模拟)一辆小车静止在水平地面上,bc 是固定在小车上的水平横杆,物块 M 穿在 杆上,M 通过线悬吊着小物体 m,m 在小车的水平底板上,小车未动时,细线恰好在竖直方向上, 现使车向右运动,全过程中 M 始终未相对杆 bc 移动,M、 m 与小车保持相对静止,已知 a1∶a2∶ a3∶a4=1∶2∶4∶8,M 受到的摩擦力大小依次为 Ff1、Ff2、Ff3、Ff4,则以下结论正确的是( )

A.Ff1∶Ff2=1∶2 C.Ff3∶Ff4=1∶2

B.Ff2∶Ff3=1∶2 D.tanα =2tanθ

【解析】选 A、C、D。已知 a1∶a2∶a3∶a4=1∶2∶4∶8,在图(1)和图(2)中摩擦力 Ff=Ma,则 Ff1 ∶ Ff2=1 ∶ 2,A 正 确 ;Ff2 ∶ Ff3=Ma2 ∶ (M+m)a3, 故 B 错 误 ; 在 图 (3) 和 图 (4) 中 摩 擦 力 Ff3=(M+m)a3,Ff4=(M+m)a4,Ff3 ∶ Ff4=1 ∶ 2,C 正确 ; 图 (3) 、 (4) 中 ,a3=gtan θ ,a4=gtan α , 则 tan α =2tanθ ,则 D 正确。 9.(2016·安庆模拟)如图所示,电梯的顶部挂一个弹簧测力计,测力计下端挂了一个重物,电梯 做匀速直线运动时,弹簧测力计的示数为 10N,在某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数 变为 8N,关于电梯的运动,以下说法正确的是(g 取 10m/s2)( )

A.电梯可能向上加速运动,加速度大小为 2 m/s2 B.电梯可能向下加速运动,加速度大小为 2 m/s2 C.电梯可能向上减速运动,加速度大小为 2 m/s2 D.电梯可能向下减速运动,加速度大小为 2 m/s2 【解题指导】 弹簧测力计的示数减小,电梯处于失重状态,其加速度竖直向下,可能向下加速运 动,也可能向上减速运动。 【解析】选 B、C。电梯匀速运动时,对重物由平衡条件得 mg=F,m=1kg,当弹簧测力计的示数 变为 8N 时,对重物由牛顿第二定律得 mg-F′=ma,得 a=2m/s2,加速度方向向下,其运动情况可 能向上减速或向下加速,B、C 正确。

10.如图甲所示,用粘性材料粘在一起的 A、B 两物块静止于光滑水平面上,两物块的质量分别 为 mA=1kg、mB=2kg,当 A、B 之间产生拉力且大于 0.3N 时 A、B 将会分离。t=0 时刻开始对 物块 A 施加一水平推力 F1,同时对物块 B 施加同一方向的拉力 F2,使 A、B 从静止开始运动, 运动过程中 F1、F2 方向保持不变,F1、F2 的大小随时间变化的规律如图乙所示。则下列关于 A、B 两物块受力及运动情况的分析,正确的是( )

A.t=2.0s 时刻 A、B 之间作用力大小为 0.6N B.t=2.0s 时刻 A、B 之间作用力为零 C.t=2.5s 时刻 A 对 B 的作用力方向向左 D.从 t=0 时刻到 A、B 分离,它们运动的位移为 5.4m 【解析】选 A 、 D 。设 t 时刻 A 、 B 分离 , 分离之前 A 、 B 共同运动 , 加速度为 a, 则 a= =1.2m/s2,分离时: F2-F=mBa,F2=F+mBa=2.7N,由 F2=kt= t 可得 t= ×2.7 N=3s,

它们运动的位移 x= at2=5.4m,则 D 正确;当 t=2s 时,F2=1.8N,F2+F′=mBa,F′=mBa-F2=0.6N,A 正确,B 错误;当 t=2.5s 时,F2=2.25N,F2+F″=mBa,F″=mBa-F2=0.15N>0,故 t=2.5s 时刻 A 对 B 的作用力方向向右,C 错误。 二、计算题(本题共 2 小题,共 30 分。需写出规范的解题步骤) 11.(15 分)如图所示,水平地面上放置一个质量为 m 的物体,在与水平方向成θ 角、 斜向右上方 的拉力 F 的作用下沿水平地面运动。物体与地面间的动摩擦因数为μ ,重力加速度为 g。求:

(1)若物体在拉力 F 的作用下能始终沿水平面向右运动且不脱离地面,拉力 F 的大小范围。 (2)已知 m=10kg,μ =0.5,g=10m/s2,若 F 的方向可以改变,求使物体以恒定加速度 a=5m/s2 向右 做匀加速直线运动时,拉力 F 的最小值。 【解析】(1)要使物体运动时不离开地面,

应有:Fsinθ ≤mg 要使物体能一直向右运动, 应有:Fcosθ ≥μ (mg-Fsinθ ) 联立解得: (2)根据牛顿第二定律得 Fcosθ -μ (mg-Fsinθ )=ma 解得:F= 上式变形得 F= 其中α =arcsin 当 sin(θ +α )=1 时,F 有最小值 解得:Fmin= 代入相关数据解得:Fmin=40 答案:(1) (2)40 N ≤F≤ N ≤F≤

【总结提升】求解临界极值问题的三种常用方法 (1)极限法: 把物理问题(或过程)推向极端,从而使临界现象(或状态)暴露出来,以达到正确解决 问题的目的。 (2)假设法:临界问题存在多种可能,特别是非此即彼两种可能时,或变化过程中可能出现临界 条件,也可能不出现临界条件时,往往用假设法解决问题。 (3)数学方法:将物理过程转化为数学表达式,根据数学表达式解出临界条件。 12.(15 分)(能力挑战题)如图所示,将小砝码置于桌面上的薄纸板上,用水平向右的拉力将纸板 迅速抽出,砝码的移动很小,几乎观察不到,这就是大家熟悉的惯性演示实验。 若砝码和纸板的 质量分别为 m1 和 m2,各接触面间的动摩擦因数均为μ ,重力加速度为 g。

(1)当纸板相对砝码运动时,求纸板所受摩擦力的大小。 (2)要使纸板相对砝码运动,求所需拉力 F 的大小。

(3)本实验中,m1=0.5kg,m2=0.1kg,μ =0.2,砝码与纸板左端的距离 d=0.1m,g 取 10m/s2。若砝码 移动的距离超过 l=0.002m,人眼就能感知。为确保实验成功,纸板所需的拉力至少多大? 【解题指导】解答本题需明确以下三点: (1)求解纸板受到的摩擦力可以勾画出叠加体模型。 (2)纸板相对砝码运动的关键就是两者加速度不同。 (3)砝码的运动为先加速再减速,总距离为 l。 【解析】(1)砝码对纸板的摩擦力 Ff1=μ m1g 桌面对纸板的摩擦力 Ff2=μ (m1+m2)g Ff=Ff1+Ff2,解得 Ff=μ (2m1+m2)g (2)设砝码的加速度为 a1,纸板的加速度为 a2,则 Ff1=m1a1,F-Ff1-Ff2=m2a2 若发生相对运动,则 a2>a1 解得 F>2μ (m1+m2)g (3)纸板抽出前,砝码运动的距离 x1= a1 纸板运动的距离 d+x1= a2 纸板抽出后,砝码在桌面上运动的距离 x2= a3 ,l=x1+x2

由题意知 a1=a3,a1t1=a3t2 代入数据解得 F=22.4N 答案:(1)μ (2m1+m2)g (3)22.4N (2)F>2μ (m1+m2)g


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