2019版一轮优化探究物理(鲁科版)练习：第三章 第3讲 牛顿运动定律的综合应用含解析

[课时作业][基础题组]一、单项选择题1．(2018·四川乐山高三一诊)某同学把一体重秤放在电梯的地板上，他站在体重秤上随电梯运动，并在下表中记录了几个特定时刻体重秤的示数(表内时刻不存在先后顺序)，若已知t0时刻电梯处于静止状态，则A.t1B．t2时刻电梯可能向上做减速运动C．t1和t2时刻电梯运动的方向相反D．t3时刻电梯处于静止状态解析：超重和失重时物体的重力和质量是不变的，只是对悬挂物的压力或者支持力变化了，故A错误；t2时刻物体处于失重状态，电梯的加速度方向向下，可能向上做减速运动，选项B正确；t1时刻物体处于超重状态，根据牛顿第二定律分析得知，电梯的加速度方向向上，所以t1和t2时刻电梯的加速度方向相反，但是速度不一定相反，选项C错误；t3时刻电梯受力平衡，可能保持静止，也可能做匀速直线运动，故D错误．答案：B2．(2018·湖南长沙模拟)“蹦极”就是跳跃者把一端固定的长弹性绳绑在踝关节等处，从几十米高处跳下的一种极限运动．某人做蹦极运动，所受绳子拉力F 的大小随时间t变化的情况如图所示．将蹦极过程近似为在竖直方向的运动，重力加速度为g.据图可知，此人在蹦极过程中最大加速度约为()A ．gB ．2gC ．3gD ．4g解析：“蹦极”运动的最终结果是人悬在空中处于静止状态，此时绳的拉力等于人的重力，由图可知，绳子拉力最终趋于恒定时等于重力，即35F 0＝mg ，则F 0＝53mg .当绳子拉力最大时，人处于最低点且所受合力最大，故加速度也最大，此时F 最大＝95F 0＝3mg ，方向竖直向上，由牛顿第二定律有ma ＝F 最大－mg ＝3mg－mg ＝2mg ，得最大加速度a ＝2g ，故B 正确．答案：B3.(2018·宁夏银川二中月考)电梯在t ＝0时由静止开始上升，运动的a t 图象如图所示(选取竖直向上为正方向)，电梯内乘客的质量为m ＝50 kg ，重力加速度g 取10 m/s 2.下列说法正确的是( )A ．第9 s 内乘客处于失重状态B ．1～8 s 内乘客处于平衡状态C ．第2 s 内乘客对电梯的压力大小为550 ND ．第9 s 内电梯速度的增加量为1 m/s解析：第9 s 内加速度为正，方向向上，乘客处于超重状态，只不过加速度在减小，A 错误；1～8 s 内加速度大小恒定，方向向上，乘客处于超重状态，B 错误；第2 s 内乘客受电梯的支持力和重力，根据牛顿第二定律有N －mg ＝ma ，解得N ＝550 N ，根据牛顿第三定律可得乘客对电梯的压力大小为550 N ，C 正确；第9 s 内电梯速度的增加量等于该时间内at 图象与时间轴所围图形的面积，即Δv ＝12×1×1.0 m/s ＝0.5 m/s ，D 错误.答案：C4.(2018·河南郑州质检)甲、乙两球质量分别为m 1、m 2，从同一地点(足够高)同时由静止释放．两球下落过程所受空气阻力大小f 仅与球的速率v 成正比，与球的质量无关，即f ＝k v (k 为正的常量)．两球的v t 图象如图所示．落地前，经时间t 0两球的速度都已达到各自的稳定值v 1、v 2，则下列判断正确的是( )A ．释放瞬间甲球加速度较大B.m 1m 2＝v 2v 1C ．甲球质量大于乙球质量D ．t 0时间内两球下落的高度相等解析：释放瞬间v ＝0，因此空气阻力f ＝0，两球均只受重力，加速度均为重力加速度g ，故A 错误；两球先做加速度减小的加速运动，最后都做匀速运动，稳定时k v ＝mg ，因此最大速度与其质量成正比，即v m ∝m ，故m 1m 2＝v 1v 2，故B 错误；由于m 1m 2＝v 1v 2，而v 1>v 2，故甲球质量大于乙球质量，故C 正确；图象与时间轴围成的面积表示物体通过的位移，由图可知，t 0时间内两球下落的高度不相等，故D 错误．答案：C5．如图甲所示，一轻质弹簧的下端固定在水平面上，上端叠放两个质量均为M 的物体A 、B (B 物体与弹簧连接)，弹簧的劲度系数为k ，初始时物体处于静止状态，现用竖直向上的拉力F 作用在物体A 上，使物体A 开始向上做加速度为a 的匀加速运动，测得两个物体的v t 图象如图乙所示(重力加速度为g )，则( )A ．施加外力前，弹簧的形变量为2g kB ．施加外力的瞬间，A 、B 间的弹力大小为M (g －a )C ．A 、B 在t 1时刻分离，此时弹簧弹力恰好为零D ．弹簧恢复到原长时，物体B 的速度达到最大值解析：施加拉力F 前，物体A 、B 整体平衡，根据平衡条件有2Mg ＝kx ，解得x ＝2Mg k ，故选项A 错误；施加外力F 的瞬间，对B 物体，根据牛顿第二定律，有F 弹－Mg －F AB ＝Ma ，其中F 弹＝2Mg ，解得F AB ＝M (g －a )，故选项B 正确；物体A 、B 在t 1时刻分离，此时A 、B 具有共同的速度v 与加速度a ，且F AB ＝0，对B 物体，有F 弹′－Mg ＝Ma ，解得F 弹′＝M (g ＋a )，故选项C 错误；当F 弹′＝Mg 时，B 达到最大速度，故选项D 错误．答案：B二、多项选择题6.如图所示，一个质量为m 的圆环套在一根固定的水平直杆上，杆足够长，环与杆间的动摩擦因数为μ，现给环一个水平向右的恒力F ，使圆环由静止开始运动，如果在运动过程中还受到一个方向始终竖直向上的力F 1，F 1＝k v (k 为常数，v 为环的速率)，则环在整个运动过程中，下列说法正确的是( )A ．最大加速度为F mB ．最大加速度为F ＋μmg mC ．最大速度为F ＋μmg μkD ．最大速度为mg k解析：当F 1＝mg ，即k v ＝mg ，v ＝mg k时，圆环水平方向不受摩擦力，则圆环的加速度最大为a ＝F m ，A 正确，B 错误；当滑动摩擦力f ＝μ(k v －mg )＝F 时，对应的速度最大，v ＝F ＋μm g μk ，C 正确，D 错误．答案：AC7．(2018·河南开封四校联考)如图甲所示，在光滑水平面上放着紧靠在一起的A 、B 两物体，B 的质量是A 的2倍，B 受到水平向右的恒力F B ＝2 N ，A 受到的水平方向的力F A (向右为正方向)按如图乙所示的规律变化，从t ＝0开始计时，则( )A ．A 物体在3 s 末的加速度是初始时刻的511B ．t ＞4 s 后，B 物体做匀加速直线运动C ．t ＝4.5 s 时，A 物体的速度为零D ．t ＞4.5 s 后，A 、B 的加速度方向相反解析：根据题图乙可得出F A 的变化规律为F A ＝9－2t (N)，对于A 、B 整体，根据牛顿第二定律有F A ＋F B ＝(m A ＋m B )a ，设A 、B 间的作用力为N ，则对B ，根据牛顿第二定律可得N ＋F B ＝m B a ，解得N ＝m B F A ＋F B m A ＋m B－F B ＝16－4t 3(N)；当t ＝4 s 时N ＝0，A 、B 两物体开始分离，此后B 做匀加速直线运动，当t ＝4.5 s 时，A 物体的加速度为零而速度不为零，t ＞4.5 s 后，A 所受合外力反向，即A 、B 的加速度方向相反，当t ＜4 s 时，A 、B 的加速度均为a ＝F A ＋F B m A ＋m B，综上所述，选项B 、D 正确，C 错误；t ＝0时，A 物体的加速度为a 0＝11 N m A ＋m B ，t ＝3 s 末，A 物体的加速度为a ′＝5 Nm A ＋m B ，则a ′＝511a 0，故选项A 正确．答案：ABD [能力题组]一、选择题8.如图所示，光滑水平面上放置着质量分别为m 、2m 的A 、B两个物体，A 、B 间的最大静摩擦力为μmg .现用水平拉力F 拉B ，使A 、B 以同一加速度运动，则拉力F 的最大值为( )A ．μmgB ．2μmgC ．3μmgD ．4μmg解析：当A 、B 之间恰好不发生相对滑动时力F 最大，此时，对于A 物体所受的合力为μmg ，由牛顿第二定律知a A ＝μmg m ＝μg ；对于A 、B 整体，加速度a ＝a A＝μg ，由牛顿第二定律得F ＝3ma ＝3μmg .答案：C9．如图甲所示，水平地面上有一静止平板车，车上放一质量为m 的物块，物块与平板车间的动摩擦因数为0.2，t ＝0时，车开始沿水平面做直线运动，其v t 图象如图乙所示．g 取10 m/s 2，平板车足够长，则物块运动的v t 图象为( )解析：小车先做匀加速直线运动，然后做匀减速直线运动，匀加速运动和匀减速运动的加速度大小相等，都为a ＝Δv Δt ＝4 m/s 2，根据物块与车间的动摩擦因数可知，物块与车间的滑动摩擦力产生的加速度为2 m/s 2，因此当车的速度大于物块的速度时，物块受到的滑动摩擦力是动力，相反则受到的滑动摩擦力是阻力．设在t 时刻滑块与车的速度相等，则有24－4(t －6)＝2t 得t ＝8 s ，故在0～8 s 内，车的速度大于物块的速度，因此物块受到的滑动摩擦力是动力，则其加速度为2 m/s 2，同理，可得在8～16 s 内，车的速度小于物块的速度，因此物块受到的滑动摩擦力是阻力，则其加速度为2 m/s 2，故C 正确．答案：C10．(多选)如图甲所示，水平面上有一倾角为θ的光滑斜面，斜面上用一平行于斜面的轻质细绳系一质量为m 的小球．斜面以加速度a 水平向右做匀加速直线运动，当系统稳定时，细绳对小球的拉力和斜面对小球的支持力分别为T 和N .若T a 图象如图乙所示，AB 是直线，BC 为曲线，重力加速度为g ＝10 m/s 2.则( )A ．a ＝403 m/s 2时，N ＝0B ．小球质量m ＝0.1 kgC ．斜面倾角θ的正切值为34D ．小球离开斜面之前，N ＝0.8＋0.06a (N)解析：小球离开斜面之前，以小球为研究对象，进行受力分析，可得T cos θ－N sin θ＝ma ，T sin θ＋N cos θ＝mg ，联立解得N ＝mg cos θ－ma sin θ，T ＝ma cos θ＋mg sin θ，所以小球离开斜面之前，T a 图象呈线性关系，由题图乙可知a ＝403 m/s 2时，N ＝0，选项A 正确；当a ＝0时，T ＝0.6 N ，此时小球静止在斜面上，其受力如图甲所示，所以mg sin θ＝T ；当a ＝403 m/s 2时，斜面对小球的支持力恰好为零，其受力如图乙所示，所以mg tan θ＝ma ，联立可得tan θ＝34，m ＝0.1 kg ，选项B 、C 正确；将θ和m 的值代入N ＝mg cos θ－ma sin θ，得F N ＝0.8－0.06a (N)，选项D 错误．答案：ABC二、非选择题11.(2018·江西赣中南五校联考)质量为2 kg 的雪橇在倾角θ＝37°的斜坡上向下滑动，所受的空气阻力与速度成正比，比例系数未知．今测得雪橇运动的v t 图象如图所示，且AB 是曲线最左端那一点的切线，B 点的坐标为(4,9)，CD 线是曲线的渐近线．(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)试问：(1)雪橇开始时做什么运动？最后做什么运动？(2)当v 0＝3 m/s 和v 1＝6 m/s 时，雪橇的加速度大小各是多少？(3)空气阻力系数k 及雪橇与斜坡间的动摩擦因数各是多少？解析：(1)v t 图象的斜率表示加速度的大小，由题图可知，雪橇开始时做加速度减小的加速直线运动，最后做匀速直线运动．(2)当v 0＝3 m/s 时，雪橇的加速度是a 0＝9－34 m/s 2＝1.5 m/s 2，当v 1＝6 m/s 时，雪橇的加速度是a 1＝0.(3)开始加速时：mg sin θ－k v 0－μmg cos θ＝ma 0①最后匀速时：mg sin θ＝k v 1＋μmg cos θ②联立①②得k v 0＋ma 0＝k v 1，得k ＝ma 0v 1－v 0＝1 kg/s ， 由②式，得μ＝mg sin θ－k v 1mg cos θ＝0.375.答案：(1)雪橇开始时做加速度减小的加速直线运动 最后做匀速直线运动(2)1.5 m/s 2 0(3)1 kg/s 0.37512．如图所示，倾角为45°的轨道AB 和水平轨道BC 在B 处用一小段光滑圆弧轨道平滑连接，水平轨道上D 点的正上方有一探测器，探测器只能探测处于其正下方的物体．一小物块自倾斜轨道AB 上离水平轨道BC 高h 处由静止释放，以小物块运动到B 处的时刻为计时零点，探测器只在t ＝2～5 s 内工作．已知小物块与倾斜轨道AB 和水平轨道BC 间的动摩擦因数分别为μ1＝0.5和μ2＝0.1，BD 段长为L ＝8 m ，重力加速度g 取10 m/s 2，为使探测器在工作时间内能探测到小物块，求h 的取值范围．解析：设物块沿倾斜轨道AB 运动的加速度为a 1，由牛顿第二定律有mg sin 45°－μ1mg cos 45°＝ma 1设物块到达B 处的速度为v B ，由速度—位移关系得v 2B ＝2a 1·h sin 45°物块在水平轨道BC 上做减速运动的加速度大小为a 2＝μ2g①设物块运动到D 点时速度恰好为零，这种情况下v B 最小，物块在水平轨道BC 上运动的时间最长，则v B 1＝2a 2L ＝4 m/s又t 1＝v B 1a 2＝4 s当物块在t 1＝4 s 到达D 点时，联立解得h 1＝1.6 m②当物块在t 2＝2 s 到达D 点时L ＝v B 2t 2－12a 2t 22联立解得h 2＝2.5 m为使探测器在工作时间内能探测到小物块，h 的取值范围为1.6 m ≤h ≤2.5 m. 答案：1.6 m ≤h ≤2.5 m。