新教材高中物理必修一第四章 培优提升练Word文件下载.docx
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=μg,又a1=
,则μ=
,故B正确;
滑块的位移x1=
t0=
v0t0,平板车的位移x2=
v0t0,则平板车上表面的长度L=
v0t0-
v0t0=
v0t0,故D错误.
2.(2019·
烟台一中模拟)如图2所示,一固定斜面上两个质量相同均为m的小物块A和B紧挨着匀加速下滑,A与B的接触面光滑.已知A与斜面之间的动摩擦因数为μ1=tanα,B与斜面之间的动摩擦因数μ2=
tanα,斜面倾角为α,重力加速度为g.下滑过程中A、B间弹力的大小为( )
图2
A.0B.
mgsinα
C.
mgsinαD.
答案 D
解析 对A、B整体进行受力分析,根据牛顿第二定律可得2mgsinα-μ1mgcosα-μ2mgcosα=2ma,解得a=
gsinα,设A、B间弹力大小为FN,对B根据牛顿第二定律可得mgsinα-FN-μ2mgcosα=ma,解得FN=
mgsinα,所以选项D正确.
3.(多选)在一东西向的水平直铁轨上,停放着一列已用挂钩连接好的车厢.当机车在东边拉着这列车厢以大小为a的加速度向东行驶时,连接某两相邻车厢的挂钩P和Q间的拉力大小为F;
当机车在西边拉着车厢以大小为
a的加速度向西行驶时,P和Q间的拉力大小仍为F.不计车厢与铁轨间的摩擦,每节车厢质量相同,则这列车厢的节数可能为( )
A.8B.10C.15D.18
答案 BC
解析 设PQ西边有n节车厢,每节车厢的质量为m,则F=nma①
设PQ东边有k节车厢,则F=km·
a②
联立①②得3n=2k,由此式可知n只能取偶数,
当n=2时,k=3,总节数为N=5
当n=4时,k=6,总节数为N=10
当n=6时,k=9,总节数为N=15
当n=8时,k=12,总节数为N=20,故选项B、C正确.
4.(2019·
南京市模拟)如图3所示,O点是竖直圆环的顶点,Oc是圆环直径,Oa和Ob是两条不同倾角的弦.在Oc、Oa、Ob弦上各放置一个光滑的面,一个质点从O点由静止释放,先后分别沿Oc、Oa、Ob下滑,关于质点到达a、b、c三点的时间,下列说法正确的是( )
图3
A.最短的是a点B.最短的是b点
C.最长的是c点D.时间都相同
解析 设过O点的弦长为L,L与直径Oc间的夹角为θ,Oc=d,则L=dcosθ,而加速度a′=gcosθ,由L=
a′t2得t=
,由此可知,t与θ无关,故D正确.
5.(多选)(2019·
全国卷Ⅲ)如图4(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10m/s2.由题给数据可以得出( )
图4
A.木板的质量为1kg
B.2~4s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
解析 由题图(c)可知木板在0~2s内处于静止状态,再结合题图(b)中细绳对物块的拉力f在0~2s内逐渐增大,可知物块受到木板的摩擦力逐渐增大,故可以判断木板受到的水平外力F也逐渐增大,选项C错误;
由题图(c)可知木板在2~4s内做匀加速运动,其加速度大小为a1=
m/s2=0.2m/s2,对木板进行受力分析,由牛顿第二定律可得F-Ff=ma1,在4~5s内做匀减速运动,其加速度大小为a2=
m/s2=0.2m/s2,Ff=ma2,另外由于物块静止不动,同时结合题图(b)可知物块与木板之间的滑动摩擦力Ff=0.2N,解得m=1kg、F=0.4N,选项A、B正确;
由于不知道物块的质量,所以不能求出物块与木板之间的动摩擦因数,选项D错误.
6.如图5,用橡皮筋将一小球悬挂在小车的架子上,系统处于平衡状态.现使小车从静止开始向左加速,加速度从零开始逐渐增大到某一值,然后保持此值,小球稳定地偏离竖直方向某一角度(橡皮筋在弹性限度内).与稳定在竖直位置时相比,小球的高度( )
图5
A.一定升高
B.一定降低
C.保持不变
D.升高或降低由橡皮筋的劲度系数决定
答案 A
解析 设橡皮筋原长为l0、劲度系数为k,小球在竖直位置静止时,橡皮筋长度为l,加速时长度为l′且与竖直方向夹角为θ.由胡克定律可知,静止时k(l-l0)=mg,加速时小球受力分析如图所示,
由牛顿第二定律可知
k(l′-l0)cosθ=mg
则k(l-l0)=k(l′-l0)cosθ
l′cosθ=l-l0(1-cosθ)
即l′cosθ<
l
所以小球高度一定升高,故选项A正确.
7.(多选)如图6所示,水平传送带以速度v1匀速运动,小物体P、Q由通过定滑轮且不可伸长的轻绳相连,t=0时刻P在传送带左端具有速度v2,P与定滑轮间的绳水平,t=t0时刻P离开传送带.不计定滑轮质量和摩擦,绳足够长.正确描述小物体P速度随时间变化的图像可能是( )
图6
解析 若v1>
v2,且P受到的滑动摩擦力大于Q的重力,则可能先向右匀加速,加速至v1后随传送带一起向右匀速,此过程如图B所示,故B正确.若v1>
v2,且P受到的滑动摩擦力小于Q的重力,此时P一直向右减速,减速到零后反向加速.若v2>
v1,P受到的滑动摩擦力向左,开始时加速度a1=
,当减速至速度为v1时,摩擦力反向,若有FT>
μmg,此后加速度a2=
,故C正确,A、D错误.
8.(多选)(2019·
河源市模拟)有一固定斜面的小车在水平面上做直线运动,小球通过细绳与车顶相连,小球某时刻正处于如图7所示状态,设斜面对小球的支持力为FN,细绳对小球的拉力为FT,关于此时小球的受力情况,下列说法正确的是( )
图7
A.若小车向左运动,FN可能为0
B.若小车向左运动,FT可能为0
C.若小车向右运动,FN不可能为0
D.若小车向右运动,FT不可能为0
解析 若小车向左做减速运动,则加速度向右,小球受重力及细绳的拉力可以使小球的加速度与小车相同,故此时FN为0;
若小球向左加速运动,则加速度向左,此时重力与斜面的支持力可以使合力向左,则绳子的拉力FT为0;
同理可知当小车向右运动时,也可能做加速或减速运动,故加速度也可能向右或向左,故FN和FT均可以为0.故选A、B.
二、非选择题
9.公路上行驶的两汽车之间应保持一定的安全距离.当前车突然停止时,后车司机可以采取刹车措施,使汽车在安全距离内停下而不会与前车相碰.通常情况下,人的反应时间和汽车系统的反应时间之和为1s.当汽车在晴天干燥沥青路面上以108km/h的速度匀速行驶时,安全距离为120m.设雨天时汽车轮胎与沥青路面间的动摩擦因数为晴天时的
.若要求安全距离仍为120m,求汽车在雨天安全行驶的最大速度.
答案 20m/s
解析 设路面干燥时,汽车与地面间的动摩擦因数为μ0,刹车时汽车的加速度大小为a0,安全距离为s,反应时间为t0,由牛顿第二定律和运动学公式得
μ0mg=ma0①
s=v0t0+
②
式中,m和v0分别为汽车的质量和刹车前的速度.
设在雨天行驶时,汽车与地面间的动摩擦因数为μ,依题意有
μ=
μ0③
设在雨天行驶时汽车刹车的加速度大小为a,安全行驶的最大速度为v,由牛顿第二定律和运动学公式得
μmg=ma④
s=vt0+
⑤
联立①②③④⑤式并代入题给数据得
v=20m/s(72km/h).
10.(2019·
四川棠湖中学高一上期末)如图8所示,质量M=2.0kg的薄木板静止在水平桌面上,薄木板上放有质量m=1.0kg的小铁块(可视为质点),它离木板左端的距离为L=0.25m,铁块与木块间的动摩擦因数为μ=0.2,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力.现用一水平向右的拉力作用在木板上,使木板和铁块由静止开始运动,g取10m/s2.
图8
(1)若桌面光滑,拉力大小恒为F1=4.8N,求小铁块运动的加速度大小;
(2)若木板以4.0m/s2的加速度从铁块下向右抽出,求抽出过程所经历的时间t;
(3)若桌面与薄木板间的动摩擦因数也为μ,则拉力F2的大小满足什么条件才能将木板从铁块下抽出?
答案
(1)1.6m/s2
(2)0.5s (3)F2>
12N
解析
(1)小铁块受到的最大静摩擦力Ffmax=μmg=0.2×
1.0×
10N=2N,
小铁块最大加速度为am=
=μg=0.2×
10m/s2=2m/s2,
假设小铁块相对木板静止,根据牛顿第二定律有
a=
m/s2=1.6m/s2<
am,
所以小铁块不会相对长木板滑动,小铁块运动的加速度大小a=1.6m/s2.
(2)木板和小铁块发生相对运动,
对小铁块,根据牛顿第二定律,有
μmg=ma1
a1=μg=2m/s2
抽出经历时间为t,
x1=
a1t2
对木板,x2=
a2t2
L=x2-x1
解得t=0.5s.
(3)对木板:
根据牛顿第二定律有
F2-μmg-μ(M+m)g=Ma板′
木板从小铁块下抽出的条件:
a板′>
则a板′=
>
2m/s2
解得F2>
12N.
11.(2020·
广东执信中学高一期末)如图9,水平地面上紧靠粗糙水平台依次排放着A、B两木板,A、B的长度均为L=5m、质量均为M=1.5kg,其上表面与平台相平,A与平台和B均接触但不粘连.现有一质量m=3kg、可视为质点的滑块C,从平台上距平台右侧的距离d=2.5m处,以大小v0=8m/s、方向水平向右的初速度向右滑动.已知C与平台间、C与木板A、B间的动摩擦因数均为μ1=0.3,A、B与地面间的动摩擦因数均为μ2=0.1,且最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等,取g=10m/s2.求:
图9
(1)滑块C刚滑上A板时的速度大小;
(2)滑块C刚滑离A板时,B板的速度大小;
(3)从滑块C滑上A板到C与B板相对静止的过程中,B板发生的位移大小.
答案
(1)7m/s
(2)1m/s (3)1.375m
解析
(1)C在水平台上做匀减速直线运动,
由运动学规律有:
v12-v02=-2a1d,
由牛顿第二定律有:
μ1mg=ma1,
代入数据解得:
a1=3m/s2,v1=7m/s;
(2)滑块C在木板A上滑动时的加速度仍为a1,设木板A、B的加速度为a2,
对A、B有:
μ1mg-μ2(m+2M)g=2Ma2,
代入数据得:
a2=1m/s2,
设C在A上运动的时间为t1,
则:
L=(v1t1-
a1t12)-
a2t12,
t1=1s或t1=2.5s(舍去)
C滑上B时,A、B分离.设C离开A时的速度为vC,木板A、B的速度分别为vA和vB,
vC=v1-a1t1=4m/s,vA=vB=a2t1=1m/s;
(3)C在B上滑动时,C的加速度仍为a1,设B的加速度为a3,
对B有:
μ1mg-μ2(m+M)g=Ma3,
a3=3m/s2,
设经过时间t2,B、C达到共同速度v,
则有:
v=vC-a1t2=vB+a3t2,
t2=0.5s,v=2.5m/s,
B发生的总位移为:
xB=
t1+
t2
m=1.375m
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