高中物理 46 用牛顿定律解决问题一练习 新人教版必修1.docx
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高中物理 46 用牛顿定律解决问题一练习 新人教版必修1.docx
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高中物理46用牛顿定律解决问题一练习新人教版必修1
用牛顿定律解决问题
(10分钟,10分)
1.A、B两物体以相同的初速度滑上同一粗糙水平面,若两物体的质量为mA>mB,两物体与粗糙水平面间的动摩擦因数相同,则两物体能滑行的最大距离xA与xB相比为( )
A.xA=xBB.xA>xB
C.xA 【答案】A 【解析】通过分析物体在水平面上滑行时的受力情况可以知道,物体滑行时受到的滑动摩擦力μmg为合外力,由牛顿第二定律知: μmg=ma得: a=μg,可见: aA=aB. 物体减速到零时滑行的距离最大,由运动学公式可得: v=2aAxA, v=2aBxB, 又因为vA=vB,aA=aB. 所以xA=xB,A正确. 2. 如右图所示,水平地面上的物体质量为1kg,在水平拉力F=2N的作用下从静止开始做匀加速直线运动,前2s内物体的位移为3m,则物体运动的加速度大小为( ) A.3m/s2B.2m/s2 C.1.5m/s2D.0.75m/s2 【答案】C 【解析】物体从静止开始做匀加速直线运动,前2s内位移为3m,设物体加速度为a,则x=at2/2,代入数据解得a=1.5m/s2,即物体运动的加速度大小为1.5m/s2,选项C正确. 3.一个静止在水平地面上的物体,质量是2kg,在10N的水平拉力作用下沿水平地面向右运动,物体与水平地面间的动摩擦因数是0.2,g取10m/s2.求: (1)物体在4s末的速度; (2)物体在4s内发生的位移. 拓展: 若4s末撤去拉力,则物体还能向前滑行多远? 再经过多长时间物体停下来? 【解】 (1)设物体所受支持力为N,所受摩擦力为f,受力分析如图所示,由牛顿第二定律得 F-f=ma1 ① N=mg ② 又f=μN ③ 联立①②③式得 a1= ④ a1=3m/s2 ⑤ 设物体4s末的速度为v1,则v1=a1t ⑥ 联立⑤⑥式得v1=12m/s ⑦ (2)设4s内发生的位移为x1,则 x1=a1t2 ⑧ 联立⑤⑧式得x1=24m ⑨ 拓展: 4s末撤去拉力后,所受摩擦力f不变,由牛顿第二定律得 f=ma2 ⑩ 联立②③⑩式得a2=μg=2m/s2 ⑪ 设物体继续滑行的距离为x2,继续滑行的时间为t2,由运动学公式得2a2x2=v ⑫ v1=a2t2 ⑬ 联立⑦⑪⑫式得x2=36m ⑭ 联立⑦⑪⑬式得t2=6s ⑮ 4.质量m=1.5kg的物块(可视为质点),在水平恒力F作用下,从水平面上A点由静止开始运动,运动一段距离撤去该力,物块继续滑行t=2.0s后停止在B点,已知A、B两点间的距离x=5.0m,物块与水平面间的动摩擦因数μ=0.20,求恒力F的大小.(g取10m/s2) 【答案】15N 【解析】设撤去力F前物块的位移为x1,撤去力F时物块速度为v,物块受到的滑动摩擦力Ff=μmg. 对撤去力F后物块滑动过程中,由牛顿第二定律得Ff=μmg=ma2 由运动学公式得v=a2t,v2=2a2x2 撤去力F前,由牛顿第二定律得: F-Ff=ma1, 由运动学公式得v2=2a1x1,又x1=x-x2 由以上各式可得F=15N. (20分钟,30分) 知识点一 知道受力情况确定运动情况 1.在交通事故的分析中,刹车线的长度是很重要的依据,刹车线是汽车刹车后,停止转动的轮胎在地面上发生滑动时留下的滑动痕迹.在某次交通事故中,汽车的刹车线长度是14m,假设汽车轮胎与地面间的动摩擦因数恒为0.7,g取10m/s2,则汽车刹车前的速度为( ) A.7m/sB.14m/s C.10m/sD.20m/s 【答案】B 【解析】设汽车刹车后滑动的加速度大小为a,由牛顿第二定律得: μmg=ma,解得: a=μg,由v=2ax,可得汽车刹车前的速度为: v0===m/s=14m/s,因此B正确. 2.如图所示,光滑斜面CA、DA、EA都以AB为底边,三个斜面的倾角分别为75°、45°、30°.物体分别沿三个斜面由斜面顶端从静止滑到底端,下列说法中正确的是( ) A.物体沿DA滑到底端时具有最大速率 B.物体沿EA滑到底端所需时间最短 C.物体沿CA下滑,加速度最大 D.物体沿DA滑到底端所需时间最短 【答案】CD 【解析】根据牛顿第二定律得mgsinθ=ma,解得: a=gsinθ,可知倾角越大,加速度越大,所以C对.设底边AB长度为d,由2a=v2得: v=,可知倾角越大,滑到底端时速率越大,所以A错.由=at2得: t=,可知倾角为45°时,t最小,所以B错,D对. 3.假设洒水车的牵引力不变且所受阻力与车重成正比,未洒水时,车匀速行驶,洒水时它的运动将是( ) A.做变加速运动 B.做初速度不为零的匀加速直线运动 C.做匀减速运动 D.继续保持匀速直线运动 【答案】A 【解析】a===-kg,洒水时质量m减小,则a变大,所以洒水车做加速度变大的加速运动,故A正确. 4.雨滴从空中由静止落下,若雨滴下落时空气对其的阻力随雨滴下落速度的增大而增大,如图所示的图象能正确反映雨滴下落运动情况的是( ) 【答案】C 【解析】对雨滴受力分析,由牛顿第二定律得: mg-F阻=ma.雨滴加速下落,速度增大,阻力增大,故加速度减小,在v-t图象中其斜率变小,故选项C正确. 5. 如图所示,小球P、Q的质量相等,其间用轻弹簧相连,光滑斜面的倾角为θ,系统静止时,弹簧与轻绳均与斜面平行,则在轻绳被突然剪断的瞬间,下列说法正确的是( ) A.两球的加速度大小均为gsinθ B.Q球的加速度为零 C.P球的加速度大小为2gsinθ D.P球的加速度方向沿斜面向上,Q球的加速度方向沿斜面向下 【答案】BC 【解析】在轻绳被突然剪断的瞬间,弹簧的弹力不变,Q球所受的合力不变,加速度为零,选项B正确;但绳子的拉力(2mgsinθ)立刻变为零,P球所受的合力(弹簧的拉力和重力沿斜面向下的分力)的大小为2mgsinθ,故P球的加速度大小为2gsinθ,选项C正确. 6. 如图所示,一水平传送带长为16m,以2m/s的速度做匀速运动.已知某物体与传送带间的动摩擦因数为0.2,现将该物体由静止轻放到传送带的A端.求: (g取10m/s2) (1)物体被送到另一端B点所需的时间; (2)物体被送到另一端B点时的速度. 【解】 (1)物体从A点由静止释放,物体相对传送带向左运动,因此判断出物体受到的摩擦力方向向右.物体在摩擦力的作用下向右做初速度为零的匀加速运动.由牛顿第二定律得f=ma,又f=μmg,可求出物体的加速度为a=μg=2m/s2 故物体由静止释放到与传送带速度相同所用时间为t1==1s 此过程物体向右的位移为x1=at=1m 物体达到与传送带相同速度后,二者没有相对运动,因而不存在摩擦力,物体跟传送带一起匀速运动.物体匀速运动到B端所用时间为t2==7.5s 所以物体从A沿传送带运动到B所需的时间t=t1+t2=8.5s (2)物体到达B点时的速度vB=2m/s 知识点二 知道运动情况确定受力情况 7.质量为1吨的汽车在平直公路上以10m/s的速度匀速行驶.阻力大小不变,从某时刻开始,汽车牵引力减小2000N,那么从该时刻起经过6s,汽车行驶的路程是( ) A.50mB.42m C.25mD.24m 【答案】C 【解析】牵引力减少2000N后,物体所受合力为2000N,由F=ma,a=2m/s2,汽车需t==s=5s停下来,故6s内汽车前进的路程x==m=25m,C正确. 8. 某消防员从一平台上跳下,下落2m后双脚触地,接着他用双腿弯曲的方式缓冲(如图所示),使自身重心又下降了0.5m,在着地过程中地面对他双腿的平均作用力估计为( ) A.自身所受重力的2倍 B.自身所受重力的5倍 C.自身所受重力的8倍 D.自身所受重力的10倍 【答案】B 【解析】消防队员从平台上跳下,可认为自由下落了2m,故着地速度为v1==m/s=2m/s,着地后速度v2=0,设队员着地后的平均加速度为a,由v2-v=2as得(取向上的方向为正方向)a==m/s2=40m/s2,设地面对人的平均作用为F,由牛顿第二定律得: F-mg=ma,所以F=mg+ma=5mg. 9.某气枪子弹的出口速度达100m/s,若气枪的枪膛长0.5m,子弹的质量为20g,若把子弹在枪膛内的运动看做匀变速直线运动,则高压气体对子弹的平均作用力为( ) A.1×102NB.2×102N C.2×105ND.2×104N 【答案】B 【解析】根据v2=2ax,得a==m/s2=1×104m/s2,从而得高压气体对子弹的作用力F=ma=20×10-3×1×104N=2×102N. 10.行车过程中,如果车距不够,刹车不及时,汽车将发生碰撞,车里的人可能受到伤害,为了尽可能地减轻碰撞引起的伤害,人们设计了安全带,假定乘客质量为70kg,汽车车速为90km/h,从踩下刹车到完全停止需要的时间为5s.安全带对乘客的作用力大小约为(不计人与座椅间的摩擦)( ) A.450NB.400N C.350ND.300N 【答案】C 【解析】汽车的速度v0=90km/h=25m/s,设汽车匀减速的加速度大小为a,则a==5m/s2,对乘客应用牛顿第二定律得: F=ma=70×5N=350N,所以C正确. 11.一个滑雪的人,质量m=75kg,以v0=10m/s的初速度滑上一山坡,山坡的倾角为30°,上滑的最大距离x=5m,假设滑雪人受到的阻力恒定,g取10m/s2.求滑雪人受到的阻力. 【解】设滑雪人上滑过程的加速度大小为a. 则-2ax=0-v 代入数据得a=10m/s2 设滑雪人受到的阻力为Ff,受力分析如图所示,由牛顿第二定律得 mgsin30°+Ff=ma 解得: Ff=375N 【思路点拨】求受力情况的问题要先通过分析运动过程及其性质,依据情境所涉及的已知量及未知量灵活选择运动学规律求出加速度,再通过受力分析并应用牛顿第二定律可求出未知力. 12. 质量为2kg的物体放在水平地面上,在大小为5N的倾斜拉力的作用下,物体由静止开始做匀加速直线运动,6s末的速度是1.8m/s,已知拉力与水平方向成37°的仰角,如图所示,g取10m/s2,sin37°=0.6.求物体和地面之间的动摩擦因数. 【解】由v=at,得a= 代入数据得a=0.3m/s2 受力分析如图所示,由牛顿第二定律得 水平方向: Fcos37°-μFN=ma 竖直方向: Fsin37°+FN=mg 联立解得μ=0.2. 课后作业 时间: 45分钟 满分: 80分 班级________ 姓名________ 分数________ 一、选择题 1.一个物体在水平恒力F的作用下,由静止开始在一个粗糙的水平面上运动,经过时间t速度变为v,如果要使物体的速度变为2v,下列方法正确的是( ) A.将水平恒力增加到2F,其他条件不变 B.将物体的质量减小一半,其他条件不变 C.物体的质量不变,水平恒力和作用时间都增加到原来的两倍 D.将时间增加到原来的2倍,其他条件不变 【答案】D 【解析】由F-μmg=ma和v=at可判断A、B、C三项,均不能满足要求,D项满足. 2.在交通事故的分析中,刹车线的长度是很重要的依据,刹车线是汽车刹车后,停止转动的轮胎在地面上发生滑动时留下的滑动痕迹.在某次交通事故中,汽车的刹车线长度是15m,假设汽车轮胎与地面间
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