高一上册物理 运动和力的关系章末训练(Word版 含解析)

一、第四章运动和力的关系易错题培优（难）
1．如图所示，四个质量、形状相同的斜面体放在粗糙的水平面上，将四个质量相同的物块放在斜面顶端，因物块与斜面的摩擦力不同，四个物块运动情况不同．A物块放上后匀加速下滑，B物块获一初速度后匀速下滑，C物块获一初速度后匀减速下滑，D物块放上后静止在斜面上．若在上述四种情况下斜面体均保持静止且对地面的压力依次为F1、F2、F3、F4，则它们的大小关系是（）
A．F1=F2=F3=F4B．F1＞F2＞F3＞F4C．F1＜F2=F4＜F3D．F1=F3＜F2＜F4
【答案】C
【解析】
试题分析：当物体系统中存在超重现象时，系统所受的支持力大于总重力，相反，存在失重现象时，系统所受的支持力小于总重力．若系统的合力为零时，系统所受的支持力等于总重力，
解：设物体和斜面的总重力为G．
第一个物体匀加速下滑，加速度沿斜面向下，具有竖直向下的分加速度，存在失重现象，则F1＜G；
第二个物体匀速下滑，合力为零，斜面保持静止状态，合力也为零，则系统的合力也为零，故F2=G．
第三个物体匀减速下滑，加速度沿斜面向上，具有竖直向上的分加速度，存在超重现象，则F3＞G；
第四个物体静止在斜面上，合力为零，斜面保持静止状态，合力也为零，则系统的合力也为零，故F4=G．故有F1＜F2=F4＜F3．故C正确，ABD错误．
故选C
【点评】本题运用超重和失重的观点分析加速度不同物体动力学问题，比较简便．通过分解加速度，根据牛顿第二定律研究．
2．如图甲所示，轻弹簧竖直固定在水平面上，一质量为m=0.2kg的小球从弹簧上端某高度处自由下落，从它接触弹簧到弹簧压缩至最短的过程中（弹簧始终在弹性限度内），其速度v和弹簧压缩量∆x的函数图象如图乙所示，其中A为曲线的最高点，小球和弹簧接触瞬间的机械能损失不计，取重力加速度g=10m/s2，则下列说法中正确的是（）
A ．该弹簧的劲度系数为15N/m
B ．当∆x =0.3m 时，小球处于失重状态
C ．小球刚接触弹簧时速度最大
D ．从接触弹簧到压缩至最短的过程中，小球的加速度先减小后增大 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】
AC ．由小球的速度图象知，开始小球的速度增大，说明小球的重力大于弹簧对它的弹力，当△x 为0.1m 时，小球的速度最大，然后减小，说明当△x 为0.1m 时，小球的重力等于弹簧对它的弹力。

则有
k x mg ∆=
解得
0.210
N/m 20.0N/m 0.1
mg k x ⨯=
==∆ 选项AC 错误；
B ．当△x =0.3m 时，物体的速度减小，加速度向上，说明物体处于超重状态，选项B 错误；
D ．图中的斜率表示加速度，则由图可知，从接触弹簧到压缩至最短的过程中，小球的加速度先减小后增大，选项D 正确。

故选D 。

3．如图所示是滑梯简化图，一小孩从滑梯上A 点开始无初速度下滑，在AB 段匀加速下滑，在BC 段匀减速下滑，滑到C 点恰好静止，整个过程中滑梯保持静止状态．假设小孩在AB 段和BC 段滑动时的动摩擦因数分别为1μ和2μ，AB 与BC 长度相等，则
A ．整个过程中地面对滑梯始终无摩擦力作用
B ．动摩擦因数12+=2tan μμθ
C ．小孩从滑梯上A 点滑到C 点先超重后失重
D ．整个过程中地面对滑梯的支持力始终等于小孩和滑梯的总重力 【答案】B 【解析】 【详解】
小朋友在AB 段做匀加速直线运动，将小朋友的加速度1a 分解为水平和竖直两个方向，由
于小朋友有水平向右的分加速度，根据牛顿第二定律知，地面对滑梯的摩擦力方向水平向右；有竖直向下的分加速度，则由牛顿第二定律分析得知：小孩处于失重，地面对滑梯的支持力N F 小于小朋友和滑梯的总重力．同理，小朋友在BC 段做匀减速直线运动时，小孩处于超重，地面对滑梯的支持力大于小朋友和滑梯的总重力，地面对滑梯的摩擦力方向水平向左，故ACD 错误；设AB 的长度为L ，小孩在B 点的速度为v ．小孩从A 到B 为研究对象，由牛顿第二定律可得：11sin cos mg mg ma θμθ-=，由运动学公式可得：
212v a L =；小孩从B 到C 为研究过程，由牛顿第二定律可得：
22cos sin mg mg ma μθθ-=，由运动学公式可得：222v a L =；联立解得：122tan μμθ+=，故B 正确．
4．如图所示，倾斜传送带以速度1v 顺时针匀速运动，0t =时刻小物体从底端以速度2v 冲上传送带，t t =0时刻离开传送带。

下列描述小物体的速度随时间变化的图像可能正确的是（ ）
A ．
B ．
C ．
D ．
【答案】ABD 【解析】 【分析】 【详解】
若21v v <且物体与传送带间的动摩擦因数tan μθ≥，即加速度沿传送带向上，则物体传送带向上做匀加速运动至速度为1v 后做匀速向上运动；
若21v v <且物体与传送带间的动摩擦因数tan μθ<，则物体沿传送带向上做匀减速运动至速度为0，后沿传送带向下做匀加速运动；
若21v v >且物体与传送带间的动摩擦因数tan μθ≥，则物体沿传送带向上做匀减速运动至速度为1v 后向上做匀速运动；
若21v v >且物体与传送带间的动摩擦因教tan μθ<，则物体沿传送带向上做匀减速运动，加速度为
sin cos a g g θμθ=+
至速度为1v 后加速度变为
sin cos a g g θμθ=-
向上减速运动至速度为零后开始向下做匀加速运动，加速度为
sin cos a g g θμθ=-
直至离开传送带。

选项C 错误，ABD 正确。

故选ABD 。

5．如图所示，光滑水平桌面放置着物块 A ，它通过轻绳和轻质滑轮 悬挂着物块 B ，已知 A 的质量为 m ，B 的质量为 3m ，重力加速 度大小为 g ，静止释放物块 A 、B 后（）
A ．相同时间内，A 、
B 运动的路程之比为 2:1 B ．物块 A 、B 的加速度之比为 1：1
C ．细绳的拉力为
67
mg
D ．当 B 下落高度 h 25
gh
【答案】AC 【解析】 【分析】 【详解】
同时间内，图中A 向右运动h 时，B 下降一半的距离，即为h/2，故A 、B 运动的路程之比为2：1，故A 正确；任意相等时间内，物体A 、B 的位移之比为2：1，故速度和加速度之比均为2：1，故B 错误；设A 的加速度为a ，则B 的加速度为0.5a ，根据牛顿第二定律，对A ，有：T=ma ，对B ，有：3mg-2T=3m•0.5a ，联立解得：T=
6 7mg ，a=6
7
g ，故C 正确；对B ，加速度为a′=0.5a=3
7g ，根据速度位移公式，有：v 2=2•a′•h ，解得：v=6 7
gh
，故D 错误；故选AC ． 【点睛】
本题考查连接体问题，关键是找出两物体的位移、速度及加速度关系，结合牛顿第二定律和运动学公式列式分析，也可以结合系统机械能守恒定律分析．
6．如图（a ），物块和木板叠放在实验台上，物块用一不可伸长的细绳与固定在实验台上的力传感器相连，细绳水平．t =0时，木板开始受到水平外力F 的作用，在t =4s 时撤去外力．细绳对物块的拉力f 随时间t 变化的关系如图（b ）所示，木板的速度v 与时间t 的关系如图（c ）所示．木板与实验台之间的摩擦可以忽略．重力加速度取g =10m/s 2．由题给
数据可以得出
A ．木板的质量为1kg
B ．2s~4s 内，力F 的大小为0.4N
C ．0~2s 内，力F 的大小保持不变
D ．物块与木板之间的动摩擦因数为0.2 【答案】AB 【解析】 【分析】 【详解】
结合两图像可判断出0-2s 物块和木板还未发生相对滑动，它们之间的摩擦力为静摩擦力，此过程力F 等于f ，故F 在此过程中是变力，即C 错误；2-5s 内木板与物块发生相对滑动，摩擦力转变为滑动摩擦力，由牛顿运动定律，对2-4s 和4-5s 列运动学方程，可解出质量m 为1kg ，2-4s 内的力F 为0.4N ，故A 、B 正确；由于不知道物块的质量，所以无法计算它们之间的动摩擦因数μ,故D 错误.
7．如图所示，质量为M 的木板放在光滑的水平面上，木板的右端有一质量为m 的木块（可视为质点），在木板上施加一水平向右的恒力F ，木块和木板由静止开始运动并在最后分离。

设分离时木块相对地面运动的位移为x ，保证木块和木板会发生相对滑动的情况下，下列方式可使位移x 增大的是（ ）
A ．仅增大木板的质量M
B ．仅减小木块的质量m
C ．仅增大恒力F
D ．仅增大木块与木板间的动摩擦因数 【答案】AD 【解析】 【分析】 【详解】
设木板长为L ，当木块与木板分离时，运动时间为t ，对于木板
1F mg Ma μ-=
211'2
x a t =
对于木块
2mg ma μ=
2212
x a t =
当木块与木板分离时，它们的位移满足
221211
22
L a t a t =-
解得
12
2L
t a a =
- 则木块相对地面运动的位移为
2221122
=2=11a L L a a a x a t a --=
A ．仅增大木板的质量M ，1a 变小，2a 不变，x 增大，故A 正确；
B ．仅减小木块的质量m ，1a 变大，2a 不变，x 减小，故B 错误；
C ．仅增大恒力F ，1a 变大，2a 不变，x 减小，故C 错误；
D ．仅稍增大木块与木板间的动摩擦因数，1a 变小，2a 增大，x 增大，故D 正确。

故选AD 。

8．如图所示，A 、B 两物块的质量分别为3m 和2m ，两物块静止叠放在水平地面上A 、B
间的动摩擦因数为μ，B 与地面间的动摩擦因数为1
2
μ(μ≠0)．最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g .现对B 施加一水平推力F ，则下列说法正确的是( )
A ．若F ＝μmg ，A 、
B 间的摩擦力一定为零 B ．当F ＞7.5μmg 时，A 相对B 滑动
C ．当F ＝3μmg 时，A 的加速度为μg
D ．若去掉B 上的力，而将F ＝3μmg 的力作用在A 上，则B 的加速度为0.1μg 【答案】ABD 【解析】 【详解】
A ．
B 与地面间的最大静摩擦力
f B ＝
1
2μ×5mg ＝52
μmg ， 当F =μmg 时，AB 处于静止，对A 分析，A 所受的摩擦力为零，故A 正确；
B ．A 发生相对滑动的临界加速度a
=μg ，对整体分析，
F −
1
2
μ•5mg ＝5ma ， 解得
F =7.5μmg ，
所以当F ＞7.5μmg 时，A 相对B 滑动．故B 正确； C ．当7.5μmg ＞F =3μmg ＞5
2
μmg ，可知AB 保持相对静止，一起做匀加速直线运动，加速度
a =
2.5 5F mg
m
μ-＝0.1μg ，
故C 错误；
D ．若去掉B 上的力，而将F =3μmg 的力作用在A 上，B 发生相对滑动的临界加速度
a ＝
1352
2mg mg
m
μμ⋅-⋅＝0.25μg ，
对A 分析
F -μ•3mg =3ma ，
解得不发生相对滑动的最小拉力F =3.75μmg ，可知F =3μmg 的力作用在A 上，一起做匀加速直线运动，加速度
a =1
52
5F mg m
μ-⋅＝0.1μg ， 故D 正确。

故选ABD 。

【点睛】
本题考查了摩擦力的计算和牛顿第二定律的综合运用，解决本题的突破口在于通过隔离法和整体法求出A 、B 不发生相对滑动时的最大拉力．
9．如图所示，足够长的传送带与水平面夹角为θ，在传送带上某位置轻轻放置一小木块，小木块与传送带间动摩擦因素为μ，小木块速度随时间变化关系如图所示，v 0、t 0已知，则（ ）
A ．传送带一定逆时针转动
B ．0
0tan cos v gt μθθ
=+
C ．传送带的速度大于v 0
D ．t 0后滑块的加速度为2 g sin θ-0
v t
【解析】
【分析】
【详解】
A．若传送带顺时针转动，当滑块沿传送带下滑时，若mg sinθ>μmg cosθ，滑块将一直加速运动；当滑块沿传送带上滑时，若mg sinθ<μmg cosθ，滑块将先加速到与传送带速度相等时匀速运动。

两种情况的速度图像均不符合题给速度图像，所以传送带一定逆时针转动，选项A正确。

B．传送带逆时针转动，滑块在0~t0时间内，加速度较大，说明滑动摩擦力沿传送带向下，有
mg sinθ+μmg cosθ=ma1
由速度图像可知
1
v
a
t
=
联立解得
co
-t
s
an
v
gtθ
μθ
=
选项B错误；
C．当滑块速度增大到等于传送带速度时，滑块受到的摩擦力方向变成沿传送带向上，故传送带速度为v0，选项C错误；
D．当滑块速度增大到等于传送带速度时，滑块受到的摩擦力方向变成沿传送带向上，有
mg sinθ-μmg cosθ=ma2
代入数值得
2
2sin
v
a g
t
θ
=-
选项D正确。

10．如图所示，在水平面上有一质量为m1=1kg的足够长的木板A，其上叠放一质量为
m2=2kg的物块B，木板与地面间的动摩擦因数1μ=0.1，物块和木板之间的动摩擦因数2
μ=0.3，假定最大静摩擦力和滑动摩擦力相等。

现给物块施加随时间t增大的水平拉力
F=3t(N)，重力加速度大小g=10m/s2。

则（）
A．t=ls之后，木板将在地面上滑动
B．t=2s时，物块将相对木板滑动
C．t=3s时，物块的加速度大小为4m/s2
D．木板的最大加速度为3m/s2
【解析】 【分析】 【详解】 A ．当
()1123N F m m g μ≤+=
物块和木板都没有动，处于静止状态，根据
F =3t (N)
可知t =ls 之后，木板将在地面上滑动，故A 符合题意；
BD ．两物体刚要相对滑动时，此时木板有最大加速度，根据牛顿第二定律，对木块有
222F m g m a μ-=
对木板有
()221121m g m m g m a μμ-+=
解得
12N F =
23m/s a =
根据
F =3t (N)
可知t =4s 之后，物块将相对木板滑动，故B 不符合题意，D 符合题意；
C ．由上分析可知，t =3s 时，物块相对木板静止，一起做匀加速运动，根据牛顿第二定律
()()111212F m m g m m a μ-+=+
代入数据可得
22m/s a =
故C 不符合题意。

故选AD 。

11．如图所示，在置于水平地面上的盛水容器中，用一端固定于容器底部的细线拉住一个空心的塑料球，使之静止地悬浮在深水中，此时容器底部对地面的压力记为N1F ；某时刻拉紧球的细线突然断开后，球便在水中先加速后匀速地竖直上升，若球在此加速运动阶段和匀速运动阶段对应着容器底部对地面的压力分别记作N2F 和N3F ，则（ ）
A ．球加速上升时，N1N2F F <
B ．球加速上升时，N1N2F F >
C ．球匀速上升时，N1N3F F <
D ．球匀速上升时，N1N3F F >
【答案】B 【解析】 【详解】
球的加速上升和匀速上升可以认为与球等体积的水在加速下降和匀速下降．把杯子、水和球作为一个整体，塑料球静止和匀速运动时，系统处于平衡状态，地面对物体的支持力等于系统的重力．当球加速上升时，水加速下降，系统整体有向下的加速度，重力和支持力的合力提供加速度，所以重力大于支持力．故F N1=F N3＞F N2。

故选：B
12．如图a 所示，某研究小组利用此装置探究物体在恒力作用下加速度与斜面倾角的关系．木板OA 可绕轴O 在竖直平面内转动，物块受到平行于斜面且指向A 端、大小为F ＝8.5N 的力作用．通过DIS 实验，得到如图b 所示的加速度与斜面倾角的关系图线，且每次实验过程中木板OA 的倾角保持不变．若图b 中图线与纵坐标交点a 0＝6m/s 2，物块的质量m ＝lkg ，假定物块与木板间的最大静摩擦力始终等于滑动摩擦力．则（ ）
A ．物块与木板间的动摩擦因数为0.2
B ．图b 中θ2的坐标大于60°
C ．如图b 所示，将斜面倾角由θ1缓慢增加到θ2的过程中，摩檫力一直减小
D ．斜面倾角为37°时，物块所受的摩擦力为2.5N 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】
A 、θ=0°时，木板水平放置，物块在水平方向受到拉力F 和滑动摩擦力f 作用，已知F =8.5N ，滑动摩擦力f =μN =μmg ，所以根据牛顿第二定律物块产生的加速度：
206m/s F mg
a m
μ-=
=，解得0.25μ=，故A 错误；B 、当斜面倾角为θ2时，摩擦力沿斜面向上物体处于静止状态即将下滑；22sin cos mg F mg θμθ=+，而倾角为60°时
sin 600.16cos60f mg F N mg μ=︒-=<︒，故θ2大于60°，B 正确；C 、当斜面倾角在
θ1和θ2之间时，物块处于静止状态．摩擦力先向下，后向上，大小先减小到零后增大，故
C错误；D、sin37=2.5N
F mg
-︒，而
max
cos37=2N
f mg
μ
=︒，物体处于向上加速，则此时的摩擦力为滑动摩擦力大小是2N，则D错误．故选B.
【点睛】
图线与纵坐标交点处的横坐标为0，即木板水平放置，此时对应的加速度为a0，分析此时物块的受力根据牛顿第二定律求出对应的加速度即可；当摩擦力沿斜面向下且加速度为零时木板倾角为θ1，当摩擦力沿斜面向上且加速度为零时木板倾角为θ2，这时物块处于静止状态.
13．如图所示，在倾角37
θ=︒的光滑斜面上用细绳拴一质量m=2kg的小球，小球和斜面静止时，细绳平行于斜面。

当斜面以5m/s2的加速度水平向右做匀加速运动时，细绳拉力大小为F1，当斜面以20m/s2的加速度水平向右做匀加速运动时，细绳拉力大小为F2，取2
10m/s
g=，sin370.6
︒=，cos370.8
︒=。

设上述运动过程中小球与斜面始终保持相对
静止，则1
2
F
F为（）
A．
5
3
B．
5
4
C
5
D．
5
6
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
小球刚好离开斜面时的临界条件是斜面对小球的弹力恰好为零，斜面对小球的弹力恰好为零时，设细绳的拉力为F，斜面的加速度为a0，以小球为研究对象，根据牛顿第二定律有
cos
F ma
θ=，sin0
F mg
θ-=
代入数据解得
2
13.3m/s
a≈
由于2
10
5m/s
a a
=<，可知小球仍在斜面上，此时小球的受力情况如图甲所示，以小球为研究对象，根据牛顿第二定律有
1N
sin cos0
F F mg
θθ
+-=，
1N1
cos sin
F F ma
θθ
-=
代入数据解得
1
20N
F=
由于2
20
20m/s
a a
=>，可知小球离开了斜面，此时小球的受力情况如图乙所示，设细绳与水平方向的夹角为α，以小球为研究对象，根据牛顿第二定律有
22
cos
F ma
α=，
2
sin0
F mg
α-=
代入数据解得
2
205N
F=
则
1
2
5
F
F
=
故选C。

14．如图所示，表面光滑的斜面体固定在匀速上升的升降机上，质量相等的A、B两物体用一轻质弹簧连接着，B的上端用一平行斜面的细线拴接在斜面上的固定装置上，斜面的倾角为30°，当升降机突然处于完全失重状态，则A、B两物体的瞬时加速度大小和方向说法正确的是（）
A．
1
2
A
a g
=，方向沿斜面向下；
B
a g
=，方向沿斜面向下
B．0
A
a=，0
B
a=
C．0
A
a=；
B
a g
=，方向沿斜面向下
D．
3
A
a g
=，方向垂直斜面向右下方；B a g
=方向竖直向下
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
当升降机处于完全失重状态时，物体和斜面之间的作用力变为0，弹簧弹力不发生变化，故A物体只受重力和弹簧弹力，两者合力与原来的支持力大小相等方向相反，故其加速度为
cos 32
A mg θa g m =
= 方向垂直斜面斜向右下方； B 物体受到重力弹簧弹力和细线拉力作用，完全失重的瞬间，细线拉力变为和弹簧向下拉力相等，两者合力为0，故B 物体的加速度为
a g =
方向竖直向下；
由以上分析可知A 、B 、C 错误，D 正确；
故选D 。

15．如图所示，两块长方体滑块A 和B 叠放在倾角为θ的斜面体C 上。

已知A 、B 质量分别为1m 和2m ，A 与C 的动摩擦因数为1μ，B 与A 的动摩擦因数为2μ。

两滑块A 、B 在斜面体上以相同加速度自由下滑，斜面体C 在水平地面上始终保持静止，则下列说法正确的是（ ）
A ．斜面C 受到地面的静摩擦力方向水平向右
B ．滑块A 与斜面间的动摩擦因数1=tan μθ
C ．滑块A 受到斜面对其摩擦力的大小为()112cos m m g μθ+
D ．滑块B 所受的摩擦力大小为22cos m g μθ
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
A ．把A
B 看成一个整体，AB 对
C 的压力在水平方向的分力为
()12cos sin x N m m g θθ=+⋅
方向水平向右，AB 对C 的摩擦力在水平方向的分力为
cos x f f θ=
方向水平向左。

因为AB 一起加速下滑，所以
()12sin m m g f θ+>
则 x x N f >
所以斜面C 有向右的运动趋势，则斜面C 受到地面的静摩擦力方向水平向左，A 错误； B ．因为AB 一起加速下滑，所以
()()11212cos sin m m g m m g μθθ+<+
则
1tan μθ<
B 错误；
C ．把AB 看成一个整体，滑块A 与斜面之间的摩擦力为
()112cos f m m g μθ=+
C 正确；
D ．滑块AB 一起加速下滑，其加速度为
1sin cos a g g θμθ=- 则滑块B 所受的摩擦力大小为
12cos B f m g μθ= D 错误。

故选C 。