2020-2021学年物理人教版必修一4.7用牛顿定律解决问题同步练习

2020-2021学年物理人教版必修一4.7用牛顿定律解决问题同
步练习
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．在绕地球作圆周运动的人造地球卫星中，下列哪些仪器不能使用？()
A．天平B．弹簧秤C．水银温度计D．刻度尺
2．航天飞机里的物体在哪种情况下处于超重状态，下面说法中正确的是()
A．航天飞机加速离地时B．航天飞机在加速返回时
C．航天飞机在平流层飞行时D．航天飞机在地面上等待起飞时
3．某同学找了一个用过的“易拉罐”在靠近底部的侧面打了一个洞，用手指按住洞，向罐中装满水，然后将易拉罐竖直向上抛出，空气阻力不计，则下列说法正确的是（）A．易拉罐上升的过程中，洞中射出的水的速度越来越快
B．易拉罐下降的过程中，洞中射出的水的速度越来越快
C．易拉罐上升、下降的过程中，洞中射出的水的速度都不变
D．易拉罐上升、下降的过程中，水不会从洞中射出
4．如图所示是一座摩天轮，一质量为m的乘客坐在摩天轮中以速率v在竖直平面内做半径为R的匀速圆周运动，假设t=0时刻乘客在轨迹最低点且重力势能为零，下列说法正确的是()
A．乘客运动的过程中机械能守恒
B．乘客运动的过程中，在最高点处于超重状态
C．乘客运动的过程中，所需的向心力大小始终为m v2
R
−mg
D．乘客运动的过程中，在最低点受到座位的支持力大小为m v2
R
5．航天员王亚平曾经在天宫一号实验舱内进行了中国首次太空授课，通过几个趣味实验展示了物体在完全失重状态下的一些物理现象．其中一个实验如图所示，将支架固定在桌面上，细绳一端系于支架上的O点，另一端拴着一颗钢质小球．现轻轻将绳拉直但未绷紧，小球被拉至图中a点或b点．根据所学的物理知识判断出现的现象是
A．在a点轻轻放手，小球将竖直下落
B．在a点沿垂直于绳子的方向轻推小球，小球将沿圆弧做往复摆动
C．在b点轻轻放手，小球将沿圆弧做往复摆动
D．在b点沿垂直于绳子的方向轻推小球，小球将做圆周运动
6．两个完全相同的条形磁铁，放在平板AB上，磁铁的N、S极如图所示.开始时平板及磁铁都处于水平位置，且静止不动.按甲、乙两种不同的方式操作，甲：将AB突然竖直向下平移(磁铁与平板间始终相互接触)，并使之停在A′B′处，结果发现两个条形磁铁碰在一起.乙：将AB从原位置突然竖直向上平移(磁铁与平板间始终相互接触)，并使之停在A″B″位置，结果发现两条形磁铁也碰在一起.下列判断中正确的是()
A．开始时两磁铁静止不动说明磁铁间的作用力小于磁铁受到的静摩擦力
B．甲过程中磁铁一直处于失重状态
C．甲过程中磁铁开始滑动时，平板正在向下减速
D．乙过程中磁铁开始滑动时，平板正在向上减速
7．体重为G的小伟站在台秤上，探究“下蹲过程”中的超重和失重现象.下列图象中，能正确反映小伟对台秤的压力F随时间t的变化图象是()
A．B．
C．D．
二、多选题
8．下列实例中属于超重现象的是()
A．电梯上的乘客减速下降
B．荡秋千的小孩通过最低点
C．汽车驶过拱形桥顶端
D．跳水运动员被跳板弄起，离开跳板向上运动
9．如图所示一质量为m的小猫倒立在竖直运动的升降机内，脚下的台秤示数正好是小猫正常情况下的体重mg，g为重力加速度.则升降机可能的运动状态为()
A．向下加速运动，加速度大小为g B．向上加速运动，加速度大小为2g
C．向上减速运动，加速度大小为2g D．向下加速运动，加速度大小为2g 10．两个相同的条形磁铁，放在平板AB上，磁铁的N、S极如图所示．开始时平板及磁铁皆处于水平位置，且静止不动．当将AB在竖直方向向上或向下运动过程中，关于磁铁的运动下列说法正确的是（）
A．将AB竖直向下运动（磁铁与平板间始终相互接触）过程中，两个条形磁铁一定碰在一起
B．将AB竖直向下运动（磁铁与平板间始终相互接触）过程中，两个条形磁铁可能碰在一起
C．将AB竖直向上运动（磁铁与平板间始终相互接触）过程中，两个条形磁铁一定不能碰在一起
D．将AB竖直向上运动（磁铁与平板间始终相互接触）过程中，两个条形磁铁可能碰在一起
11．如图所示，放置在水平地面上的直角劈M上有一个质量为m的物体，在其上匀速下滑，M保持静止.若对正在下滑的m加一水平向右的推力，且该推力逐渐加大，在m 继续下滑的过程中，直角劈M一直保持静止．正确的说法是（）
A．M对地面的压力等于（M+m）g B．M对地面的压力大于（M+m）g
C ．地面对M 没有摩擦力
D ．地面对M 有向左的摩擦力
12．如图所示，质量为50kg 的小红同学站在升降机中的磅秤上，某一时刻她发现磅秤的示数为40kg ，则在该时刻升降机可能是以下列哪种方式运动( )
A ．匀速上升
B ．加速上升
C ．减速上升
D ．加速下降
三、解答题 13．某人在地面上最多能举起质量为80kg 的重物，当此人站在以a=10m/s2的加速度加速上升的升降机中时，又最多能举起质量为多少千克的重物？（取g=10m/s2）
14．一种巨型娱乐器械可以使人体验超重和失重，一个可乘10多个人的环形座舱套在竖直柱子上由升降机先送上几十米的高处，然后让座舱自由落下，落到一定位置，制动系统启动，到地面时刚好停下，已知座舱开始下落时的高度为70m ，当座舱自由下落距地面45m 时开始制动，座舱均匀减速，到地面时刚好停下，当座舱落到离地10m 处时，某人在电梯里最多能举起质量为20m kg =的物体，问该人在地面上最多能举起质量M
为多少的重物？重力加速度210/g m s =．
15．在电梯中，把一重物置于秤上，台秤与力的传感器相连，当电梯从静止加速上升，然后又匀速运动一段时间，最后停止运动；传感器的屏幕上显示出其受的用力与时间的关系(N F t -)图象，如图所示，则
(1)电梯在哪段时间内加速上升，此过程中重物处于超重状态还是失重状态? 为什么?
(2)电梯的最大加速度是多大? (取g =10m/s²)
参考答案
1．A
【解析】
【详解】
天平是利用杠杆的原理，天平平衡需要物体的重力，所以天平不能在失重状态下有效使用，故A正确；弹簧秤的原理是：弹簧受到的拉力越大，弹簧的伸长越长，在失重状态虽然重力表现不出来，但是拉力总还是有的，所以弹簧秤仍能在失重状态下有效使用，故B错误；水银温度计采用的是水银的热涨冷缩原理，故在太空中可以使用；故C错误；刻度尺是测量长度的，和失重无关，故可以使用；故D错误；故选A．
2．A
【解析】
【详解】
当航天飞机发射离地时，加速运动，速度与加速度同向，则加速度向上，根据牛顿第二定律，则有：N-G=ma，因此N>G超重，故A正确；航天飞机返回地面时，做加速下降运动，加速度方向向下，失重，故B错误；航天飞机在平流层飞行时，处于平衡状态，则有：N=G，故C错误；航天飞机在地面上等待起飞时，受力平衡，不是超重状态，故D错误；故选A．【点睛】
考查牛顿第二定律的应用，知道超重和失重的条件：加速度向上时超重，加速度向下时为失重，与速度方向无关；注意只受地球的吸引力时，处于完全失重状态。

3．D
【详解】
不论上升还是下降，易拉罐均处于完全失重状态，所以水都不会从洞中射出，故D正确，ABC错误．
4．C
【解析】
【详解】
以速率v在竖直平面内做半径为R的匀速圆周运动，动能不变，重力势能不断变化，则机械能不守恒，A错误；在最高点受重力和向上的支持力，合力指向圆心，对轮的压力小于重力，
处于失重状态，B错误；匀速圆周运动所需的向心力大小始终为m v 2
R
，C正确；在最低点，
合力向上，加速度向上，在最低点受到座位的支持力大小为m v 2
R
+mg，D错误；故选C。

【点睛】
本题的关键是分析做匀速圆周运动的物体在最低点和最高点的受力情况，结合向心力公式列牛顿第二定律方程即可．
5．D
【解析】
试题分析：天空一号绕地球做匀速圆周运动，天空一号以及天空一号内的其他一切物体均处于处于完全失重状态，故答案选D；A项，小球应在a点静止；B项，小球以O点为圆心做匀速圆周运动；C项，小球应在b点静止．
考点：万有引力定律及其应用万有引力定律．
6．D
【解析】
【详解】
开始时两块磁铁在底板上处于静止，说明磁铁水平方向受到的合外力等于0，说明磁铁间的作用力一定等于磁铁受到的静摩擦力，故A错误；突然竖直向下平移时，先加速下降后减速下降，先处于失重状态，后处于超重状态，失重时板对磁铁的支持力小于磁铁的重力，即磁铁对板的压力一直小于磁铁的重力，超重时板对磁铁的支持力大于磁铁的重力，即磁铁对板的压力一直大于磁铁的重力，故B错误；突然竖直向下平移时，先加速下降后减速下降，先处于失重状态，后处于超重状态，甲过程中磁铁开始滑动时，磁铁间引力大于最大静摩擦力，说明最大静摩擦力减小了.所以平板正在向下加速，故C错误；从板突然竖直向上平移到停下，板和磁铁的运动也经历两个阶段.起初，板和磁铁一起作加速度方向向上、速度向上的运动，在这过程中，正压力增大，最大静摩擦力亦增大，作用于每个磁铁的磁力与静摩擦力始终保持平衡，磁铁在水平方向不发生运动.接着，磁铁和板一起作加速度方向向下、速度向上的运动，直到停在A″B″处.在这过程中，磁铁对板的正压力减小，最大静摩擦力亦减小，向下的加速度愈大，磁铁的正压力愈小，最大静摩擦力也愈小.当板的加速度大到某一数值时，最大静摩擦力减小到小于磁力，于是磁铁沿着平板相向运动并吸在一起，故D正确．故选D．
【点睛】
本题关键在于：不管向上还是向下，磁体都是先加速后减速，同时要明确加速度向上时物体
处于超重状态，加速度向下时物体处于失重状态．
7．B
【解析】
【详解】
对小伟的下蹲运动过程先加速后减速；人在加速下蹲的过程中，有向下的加速度，处于失重状态，此时人对传感器的压力小于人的重力的大小；在减速下蹲的过程中，加速度方向向上，处于超重状态，此时人对传感器的压力大于人的重力的大小，故ACD错误，B正确．故选B.
【点睛】
本题主要考查了对超重和失重现象的理解，人处于超重或失重状态时，人的重力并没变，只是对支持物的压力改变了．具有向下的加速度，物体处于失重状态；具有向上的加速度，物体处于超重状态．
8．AB
【解析】
【详解】
电梯的乘客减速下降，有向上的加速度，是由支持力和重力的合力提供，处于超重状态，故A正确；荡秋千的小孩通过最低点时，由支持力和重力的合力提供向心力，合力向上，所以支持力大于重力，处于超重状态，故B正确；在汽车驶过拱形桥顶端时，由重力的分力提供做圆周运动向心力，所以支持力小于重力，处于失重状态，故C错误；跳水运动员离开跳板向上运动时，与跳板分离后，没有支持力，处于完全失重状态，故D错误．故选AB．9．CD
【解析】
【详解】
对猫受力分析可知，猫受到台秤的支持力向下，故猫受到的合力F=2mg；则由牛顿第二定律可知，2mg=ma；a=2g；方向竖直向下；故物体可能的运动情况为向下的加速运动或向上的匀减速直线运动；故选CD．
【点睛】
解决本题的关键是分析小猫的受力情况，掌握牛顿第二定律求加速度，根据加速度的大小和方向可以判断出升降机的运动情况．
10．BD
试题分析：若将AB 竖直向下做加速运动，则两磁铁处于失重状态，对板的压力减小，最大静摩擦力减小，故当两磁铁间的吸引力大于最大静摩擦力时，两磁铁会吸引碰到一起，故选项A 错误，B 正确；若将AB 竖直向上做减速运动，则两磁铁也处于失重状态，磁铁对板的压力减小，最大静摩擦力减小，故当两磁铁间的吸引力大于最大静摩擦力时，两磁铁会吸引碰到一起，故选项D 错误，C 正确；故选BD.
考点：超重与失重；摩擦力.
11．BC
【解析】
试题分析：当在物体上施加一水平向右的推力时，物体将不再做匀速直线运动，而是做减速直线运动，将二个物体看成一个整体，也可以说它们的加速度是向上的，所以由牛顿第二定律可知，地面对M 的支持力一定大于（M+m ）g ，所以M 对地面的压力大于（M+m ）g ，选项A 错误，B 正确；由于物体仍在下滑，故物体M 受到的摩擦力仍是不变的，原来是匀速下滑时，地面对M 没有摩擦力，现在摩擦力的大小与方向仍不变，故地面对M 仍没有摩擦力，选项C 正确，D 错误．
考点：牛顿第二定律，摩擦力．
12．CD
【解析】
试题分析：质量为50kg ，这是人的真实的质量，发现磅秤的示数是40kg ，说明人的重力小了，是处于失重状态，所以应该有向下的加速度，那么此时的运动可能是向下加速运动，也可能是向上减速运动，所以CD 正确．
考点：考查了超重失重
13．40千克
【解析】
设此人的最大举力为F ，由题意得：800F mg N ==；
设此人在升降机中最多能举起质量为'm 的重物，根据牛顿第二定律得''F m g m a -=； 联立并代入数据解得：'40m kg =．
14．31.1kg
座舱下落到距地面45m 时，座舱的速度为v ，根据212v gh =可得：
/v s ===
当落到离地面45m 的位置时开始制动，此后座舱做匀减速直线运动直到落到地面上，加速度不发生变化，
222v ah =
22250050/22459
v a m s h ===⨯ 座舱落到离地面10m 的位置时，物体做匀减速直线运动，则根据牛顿第二定律可知： F mg ma -=
则：5020103119F mg ma N ⎛
⎫=+=⨯+≈ ⎪⎝⎭
该人在地面上最多能举起质量为：31131.110
F M kg g =
== 【点睛】 从这个例题可以看出做自由落体运动的物体处于完全失重状态，对于两个或两个以上的物体组成的系统运动情况相同时，我们一般可采取整体法和隔离法求解问题，要注意受力分析时，分析哪些力是系统的外力哪些力是系统的内力．
15．（1）电梯在0～4s 内加速上升，重物在0～4s 内处于超重状态，因为在0～4s 内，重物对台秤的压力大于重力；（2）电梯的最大加速度是
103m/s 2． 【详解】
(1)因为重物做匀速直线运动时对台秤的压力等于重力，由图可知，G =30N
电梯在0～4s 内加速上升，重物在0～4s 内处于超重状态，因为在0～4s 内，重物对台秤的压力大于重力；
(2)重物的质量 m =G g =3010
=3kg 因为重物对台秤的压力与台秤对重物的支持力是作用力与反作用力，所以重物所受的支持
力的最大值N m=40N；因为当N m=40N时，重物处于超重状态，所以
N-G=ma
所以，
a=N G
m
-
=
4030
3
-
m/s2=
10
3
m/s2
重物所受的支持力的最小值N min=20N，因为当N min=20N时，重物处于失重状态，所以
G-N=ma
所以，
a=G N
m
-
=
3020
3
-
m/s2=
10
3
m/s2
所以加速度a的最大值为10
3
m/s2。