高中物理第四章牛顿运动定律5牛顿第三定律检测新人教版.docx
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高中物理第四章牛顿运动定律5牛顿第三定律检测新人教版
2019-2020年高中物理第四章牛顿运动定律5牛顿第三定律检测新人教版
1.关于作用力和反作用力,下列说法正确的是( )
A.作用力和反作用力作用在不同物体上
B.作用力和反作用力的大小有时相等,有时不相等
C.只有两物体处于平衡状态时,作用力和反作用力才大小相等
D.只有两个物体质量相同时,作用力和反作用力才大小相等
解析:
作用力和反作用力作用在不同的物体上,作用效果不能抵消,不能合成,故A正确,C错误;由牛顿第三定律可知,作用力与反作用力大小相等,故B、D错误,故选A.
答案:
A
2.汽车能拉着拖车在平直公路上做加速运动,是因为( )
A.汽车对拖车的拉力大于拖车对汽车的拉力
B.汽车对拖车的拉力等于拖车对汽车的拉力
C.汽车先对拖车拖加拉力,然后才产生拖车对汽车的拉力
D.汽车对拖车的拉力大于地面对拖车的摩擦阻力
解析:
汽车对拖车的拉力与拖车对汽车的拉力为作用力与反作用力,它们的大小相等,但不是拖车产生加速度的原因.拖车做加速运动,是由于汽车对拖车的拉力大于地面对拖车的摩擦阻力,故D正确,故选D.
答案:
D
3.(多选)两个物体A和B,质量分别为M和m,用跨过定滑轮的轻绳相连,A静止与水平地面上,如图所示,不计摩擦力,A对绳的作用力的大小与地面对A的作用的大小分别为( )
A.A对绳的作用力的大小为mg
B.A对绳的作用力的大小为(M-m)g
C.地面对A的作用的大小为Mg
D.地面对A的作用的大小为(M-m)g
解析:
先对B受力分析,受重力mg和拉力T,物体B处于平衡状态,故有T=mg,再对物体A受力分析,受重力Mg、支持力N和拉力T,根据平衡条件,有T+N=mg,解得N=Mg-T=(M-m)g,根据牛顿第三定律,物体A的对地压力和地面的支持力相等,故压力也等于(M-m)g,A、D正确.
答案:
AD
4.以下判断正确的是( )
A.跳高运动员起跳时,地面对他的支持力大于他对地面的压力
B.拔河比赛时,若甲胜乙负,则甲队对乙队的拉力大于乙队对甲队的拉力
C.起重机用钢丝绳吊着货物加速上升时,钢丝绳对货物的拉力大小等于货物对钢丝绳的拉力
D.汽车拉着拖车在水平道路上沿直线运动,只有它们做匀速运动时,汽车拉拖车的力才等于拖车拉汽车的力
解析:
根据牛顿第三定律,作用力和反作用力总是等大反向的,与物体的运动状态、是否受其他力无关,所以只有C正确.
答案:
C
5.关于反作用力在日常生活和生产技术中的应用,下列说法中错误的是( )
A.在平静的水面上,静止着一只小船,船上有一人,人从静止开始从小船的一端走向另一端时,船向相反方向运动
B.汽车行驶时,通过排气筒向后排出燃气,从而获得向前的反作用力即动力
C.农田灌溉用自动喷水器,当水从弯管的喷嘴里喷射出来时,弯管会自动转向
D.软体动物乌贼在水中经过体侧的孔将水吸入鳃腔,然后用力把水挤出体外,乌贼就会向相反方向游去
解析:
人从小船的一端走向另一端时,要受到船给人的摩擦力,方向与人行走的方向相同.根据牛顿第三定律知,人对小船也有一个摩擦力,其方向与人行走的方向相反,因此船将在这个摩擦力的作用下改变运动状态,向人行走的相反方向运动,所以A正确;汽车行驶时,通过排气筒向后排出燃气,虽然燃气对排气筒有反作用力,但毕竟反作用力很小,并不是汽车动力的来源,B错误;农业灌溉用的自动喷水器,当水从弯管的喷嘴里喷射出来时,弯管在水的反作用力的推动下会自动旋转,大大增加了喷水的面积,C正确;乌贼经过身体侧面的孔把水吸入鳃腔,然后用力把水经过小孔压出体外,根据牛顿第三定律可知,乌贼就获得了方向相反的反作用力,从而向排水的相反方向游去,D正确.
答案:
B
6.如图所示,用质量不计的轻绳L1和L2将M、N两重物悬挂起来,则下列说法正确的是( )
A.L1对M的拉力和L2对M的拉力是一对平衡力
B.L2对M的拉力和L2对N的拉力是一对作用力与反作用力
C.L1对M的拉力和M对L1的拉力是一对平衡力
D.L2对N的拉力和N对L2的拉力是一对作用力和反作用力
解析:
对M受力分析,它受到重力、L1的拉力、L2的拉力作用.因此,L1对M的拉力和L2对M的拉力并不是一对平衡力,A错;作用力和反作用力作用在相互作用的两个物体之间,而B选项中有三个物体:
M、N、L2,B错误;平衡力必须作用在同一个物体上,L1对M的拉力和M对L1的拉力分别作用在M和L1上,显然不是平衡力,C错误;D项中的一对力是作用力和反作用力,D正确.
答案:
D
B级 提能力
7.一根轻质弹簧竖直悬挂在天花板上,下端悬挂一小球并静止,弹簧和小球的受力如图所示,下列说法正确的是( )
A.F2的反作用力是F4
B.F1的施力物体是弹簧
C.F4的反作用力是F3
D.F3的施力物体是小球
解析:
F2的反作用力是F3,选项A错误;F1的施力物体是地球,选项B错误;F4的反作用力是弹簧对天花板的拉力,选项C错误,选项D正确.
答案:
D
8.如图所示,两个等大、反向的水平力F分别作用在物体A和B上,A、B两物体均处于静止状态.若各接触面与水平地面平行,则A、B两物体各受几个力(假设水平地面光滑)( )
A.3个,4个 B.4个,4个
C.4个,5个D.4个,6个
解析:
对物体A受力分析:
竖直方向上受两个力:
重力和支持力;水平方向受两个力:
水平力F和B对A的摩擦力,即物体A共受4个力作用;对物体B受力分析:
竖直方向上受3个力作用:
重力、地面的支持力、A对B的压力;水平方向受两个力作用:
水平力F和A对B向右的摩擦力,即物体B共受5个力的作用,故C正确.
答案:
C
9.(多选)如图所示,人重600N,木板重400N,人与木板间、木板与地面间的动摩擦因数均为0.2,绳与滑轮的质量及它们之间的摩擦均不计,现在人用水平拉力拉绳,使他与木板一起向右匀速运动,则( )
A.人拉绳的力是200N
B.人拉绳的力是100N
C.人的脚给木板的摩擦力方向水平向右
D.人的脚给木板的摩擦力方向水平向左
解析:
先运用整体法,选取人和木板组成的系统为研究对象,设绳中弹力大小为FT,则2FT=μ(G人+G水板)=0.2×(600+400)N=200N,所以FT=100N,选项A错误,B正确;再运用隔离法,选取人为研究对象,水平方向上,人共受到两个力的作用:
绳子水平向右的弹力和木板对人的脚的摩擦力,因为二力平衡,所以该摩擦力与弹力等大反向,即摩擦力方向水平向左,根据牛顿第三定律,人的脚给木板的摩擦力方向水平向右,选项C正确,D错误.
答案:
BC
10.如图所示,放在光滑水平面上的物体A和B,质量分别为2m和m,第一次水平恒力F1作用在A上,第二次水平恒力F2作用在B上.已知两次水平恒力作用时,A、B间的作用力大小相等.则( )
A.F1 C.F1>F2D.F1>2F2 解析: 设A、B间作用力大小为FN,则作用力在A上时,隔离B受力分析,有 FN=maB, 作用在B物体上时,隔离A受力分析,有 FN=2maA, 又F1=(2m+m)aB,F2=(2m+m)aA, 解得: F1=3FN,F2= FN. 所以F1=2F2,即F1>F2. 答案: C 11.如图所示,圆环的质量为M,经过环心的竖直钢丝AB上套有一个质量为m的小球,今让小球沿钢丝AB(质量不计)以初速度v0竖直向上运动,要使圆环对地面无压力,则小球的加速度和小球能达到的最大高度是多少(设小球不会到达A点)? 解析: 由牛顿第三定律知圆环对地面无压力,则地面对圆环无支持力,取小球为研究对象,受重力mg和钢丝对小球竖直向下的摩擦力f. 由牛顿第二定律得: mg+f=ma,由牛顿第三定律可知小球对钢丝竖直向上的摩擦力f′=f.对圆环受力分析可知,圆环受重力Mg和竖直向上的摩擦力f′作用,则: Mg=f′,由以上各式解得: a= g.小球沿钢丝做匀减速运动,由运动公式可得上升的最大高度x= = . 答案: g 2019-2020年高中物理第四章牛顿运动定律章末复习课检测新人教版 【知识体系】 [答案填写] ①理想斜面 ②匀速直线运动状态 ③静止状态 ④质量 ⑤控制变量法 ⑥成正比 ⑦成反比 ⑧合外力 ⑨F合=ma ⑩大小相等 ⑪方向相反 ⑫同一条直线上 ⑬静止 ⑭匀速直线运动 ⑮Fx合=0 ⑯Fy合=0 ⑰超重 ⑱失重 ⑲完全失重 主题1 共点力作用下的平衡问题的常用方法 1.矢量三角形法(合成法). 物体受三个力作用而平衡时,其中任意两个力的合力与第三个力大小相等、方向相反,且这三个力首尾相接构成封闭三角形,可以通过解三角形来求解相应力的大小和方向.常用的有直角三角形、动态三角形和相似三角形. 2.正交分解法. 在正交分解法中,平衡条件F合=0可写成: ∑Fx=F1x+F2x+…+Fnx=0(即x方向合力为零);∑Fy=F1y+F2y+…+Fny=0(即y方向合力为零). 3.整体法和隔离法: 在选取研究对象时,为了弄清楚系统(连接体)内某个物体的受力情况,可采用隔离法;若只涉及研究系统而不涉及系统内部某些物体的受力时,可采用整体法. 【典例1】如图所示,将倾角为α的粗糙斜面体置于水平地面上,斜面体上有一木块,对木块施加一斜向上的拉力F,整个系统处于静止状态,下列说法正确的是( ) A.木块和斜面体间可能无摩擦 B.木块和斜面体间一定有摩擦 C.斜面体和水平地面间可能无摩擦 D.撤掉拉力F后,斜面体和水平地面间一定有摩擦 解析: 以木块为研究对象受力分析, 根据平衡条件,若: Fcosα=mgsinα,则木块与斜面体间无摩擦力,故A正确,B错误.以斜面和木块整体为研究对象,根据平衡条件: 斜面体和水平地面间的摩擦力等于F水平方向的分力,方向向右,故C错误.撤掉拉力F后,若物块仍然保持静止,以斜面和木块整体为研究对象,根据平衡条件则斜面不受地面的摩擦力,D错误,故选A. 答案: A 针对训练 1.如图所示,一个半球形的碗放在桌面上,碗口水平,O是球心,碗的内表面光滑.一根轻质杆的两端固定有两个小球,质量分别是m1,m2.当它们静止时,m1、m2与球心的连线跟水平面分别成60°,30°角,则碗对两小球的弹力大小之比是( ) A.1∶2 B.1∶ C. ∶1D. ∶2 解析: 选取两小球和杆组成的整体为研究对象,受力分析并正交分解如图: 由平衡条件得: F1在水平方向的分力F′和F2在水平方向的分力F″大小相等, 即: F1cos60°=F2cos30°,所以: = = ,故选项C正确. 答案: C 主题2 动力学中的临界极值问题 1.概念. (1)临界问题: 某种物理现象(或物理状态)刚好要发生或刚好不发生的转折状态. (2)极值问题: 在满足一定的条件下,某物理量出现极大值或极小值的情况. 2.关键词语. 在动力学问题中出现的“最大”“最小”“刚好”“恰能”等词语,一般都暗示了临界状态的出现,隐含了相应的临界条件. 3.常见类型. 动力学中的常见临界问题主要有三类: 一是弹力发生突变时接触物体间的脱离与不脱离的问题;二是绳子的绷紧与松弛的问题;三是摩擦力发生突变的滑动与不滑动问题. 4.解题关键. 解决此类问题的关键是对物体运动情况的正确描述,对临界状态的判断与分析,找出处于临界状态时存在的独特的物理关系,即临界条件. 常见的三类临界问题的临界条件: (1)相互接触的两个物体将要脱离的临界条件是: 相互作用的弹力为零. (2)绳子松弛的临界条件是: 绳的拉力为零. (3)存在静摩擦的系统,当系统外力大于最大静摩擦力时,物体间不一定有相对滑动,相对滑动与相对静止的临界条件是: 静摩擦力达到最大值. 【典例2】如图所示,质量为m的光滑小球,用轻绳连接后,挂在三角劈的顶端,绳与斜面平行,劈置于光滑水平面上,斜边与水平面夹角为θ=30°,求: (1)劈以加速度a1= 水平向左加速运动时,绳的拉力多大? (2)劈的加速度至少多大时小球对劈无压力? 加速度方向如何? (3)当劈以加速度a3=2g向左运动时,绳的拉力多大? 解析: (1)如图所示, 水平方向: FT1cosθ-FN1sinθ=ma1① 竖直方向: FT1sinθ+FN1cosθ=mg② 由①②得: FT1= mg.③ (2)如图所示, 由牛顿第二定律得: FT2cosθ=ma2④ FT2sinθ=mg⑤ 由④⑤得: a2= g,方向水平向左.⑥ (3)参照上图,但FT3与水平夹角θ≠30°,有: FT3= = = mg. 答案: (1) mg (2) g,方向水平向左 (3) mg 针对训练 2.如图所示,有一块木板静止在光滑而且足够长的水平面上,木板的质量为M=4kg、长为L=1.4m,木板右端放着一个小滑块,小滑块质量m=1kg,其尺寸远小于L,小滑块与木板间的动摩擦因数为μ=0.4(g取10m/s2). (1)现用恒力F作用在木板M上,为使m能从M上面滑落下来,问: F大小的范围是多少? (2)其他条件不变,若恒力F=22.8N,且始终作用在M上,最终使得m能从M上滑落下来,问: m在M上面滑动的时间是多少? 解析: (1)要使m能从M上滑下,则m与M发生相对滑动,此时对m: μmg=ma1, 对M: F-μmg=Ma2,且a2>a1,解得F>20N. (2)当F=22.8N时,由 (1)知m和M相对滑动, 对M: F-μmg=Ma3 设经时间t,m、M脱离,则 a3t2- a1t2=L,解得t=2s. 答案: (1)F>20N (2)2s 统揽考情 本章知识是必修1的核心,是前三章的综合,也是力学中的重点和难点.在高考中的地位比较高,在高考命题中,既有选择题,也有计算题,有时也出实验题.既有本章的单独考查,也有和以后的机械能、电场、磁场的知识综合考查.高考命题的热点主要出现在平衡条件的应用,牛顿第二定律的应用等方面,分值在20分到30分之间. 真题例析 (xx·课标全国Ⅰ卷)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. 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x,反应时间为t0,由牛顿第二定律和运动学公式得: μ0mg=ma0① x=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 x=vt0+ ⑤ 联立①②③④⑤式并代入题给数据得: v=20m/s(72km/h). 答案: 20m/s(72km/h) 针对训练 (多选)(xx·课标全国Ⅰ卷)如图(a),一物块在t=0时刻滑上一固定斜面,其运动的vt图线如图(b)所示.若重力加速度及图中的v0、v1、t1均为已知量,则可求出( ) A.斜面的倾角 B.物块的质量 C.物块与斜面间的动摩擦因数 D.物块沿斜面向上滑行的最大高度 解析: 由题图(b)可以求出物块上升过程中的加速度为a1= ,下降过程中的加速度为a2= .物块在上升和下降过程中,由牛顿第二定律得 mgsinθ+f=ma1,mgsinθ-f=ma2, 由以上各式可求得sinθ= , 滑动摩擦力f= , 而f=μFN=μmgcosθ,由以上分析可知,选项A、C正确.由vt图象中横轴上方的面积可求出物块沿斜面上滑的最大距离,可以求出物块沿斜面向上滑行的最大高度,选项D正确. 答案: ACD 1.(多选)(xx·江苏卷)如图所示,一只猫在桌边猛地将桌布从鱼缸下拉出,鱼缸最终没有滑出桌面.若鱼缸、桌布、桌面两两之间的动摩擦因数均相等,则在上述过程中( ) A.桌布对鱼缸摩擦力的方向向左 B.鱼缸在桌布上的滑动时间和在桌面上的相等 C.若猫增大拉力,鱼缸受到的摩擦力将增大 D.若猫减小拉力,鱼缸有可能滑出桌面 解析: 由题图可见,鱼缸相对桌布向左滑动,故桌布对鱼缸的滑动摩擦力方向向右,A错;因为鱼缸与桌布、鱼缸与桌面间的动摩擦因数相等,所以鱼缸加速过程与减速过程的加速度大小相等,均为μg;由v=at可知,鱼缸在桌布上加速运动的时间与在桌面上减速运动的时间相等,故B正确;若猫增大拉力,鱼缸受到的摩擦力仍为滑动摩擦力,由Ff=μmg可知,Ff不变,故C错;若猫的拉力减小到使鱼缸不会相对桌布滑动,则鱼缸就会滑出桌面,故D正确. 答案: BD 2.(xx·重庆卷)若货物随升降机运动的vt图象如图所示(竖直向上为正),则货物受到升降机的支持力F与时间t关系的图象可能是( ) C D 解析: 根据v-t图象可知电梯的运动情况: 加速下降→匀速下降→减速下降→加速上升→匀速上升→减速上升,根据牛顿第二定律F-mg=ma可判断支持力F的变化情况: 失重→等于重力→超重→超重→等于重力→失重,故选项B正确. 答案: B 3.(xx·课标全国Ⅱ卷)某同学用图(a)所示的实验装置测量物块与斜面之间的动摩擦因数.已知打点计时器所用电源的频率为50Hz,物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图(b)所示,图中标出了五个连续点之间的距离. 图(a) 图(b) (1)物块下滑时的加速度a=________m/s2,打C点时物块的速度v=________m/s; (2)已知重力加速度大小为g,为求出动摩擦因数,还必须测量的物理量是________(填正确答案标号). A.物块的质量 B.斜面的高度 C.斜面的倾角 解析: (1)物块沿斜面下滑做匀加速运动.根据纸带可得连续两段距离之差为0.13cm,由a= 得a= m/s2=3.25m/s2,其中C点速度v= = m/s≈1.79m/s. (2)对物块进行受力分析如图,则物块所受合外力为: F合=mgsinθ-μmgcosθ, 即a=gsinθ-μgcosθ 得μ= ,所以还需测量的物理量是斜面的倾角θ. 答案: (1)3.25 1.79 (2)C 4.(xx·上海卷)如图,水平地面上的矩形箱子内有一倾角为θ的固定斜面,斜面上放一质量为m的光滑球.静止时,箱子顶部与球接触但无压力.箱子由静止开始向右做匀加速运动,然后改做加速度大小为a的匀减速运动直至静止,经过的总路程为s,运动过程中的最大速度为v. (1)求箱子加速阶段的加速度大小a′. (2)若a>gtanθ,求减速阶段球受到箱子左壁和顶部的作用力. 解析: (1)由匀变速直线运动公式有: v2=2a′s1、v2=2as2,且s=s1+s2, 解得: a′= . (2)假设球不受箱子作用,应满足: Nsinθ=ma,Ncosθ=mg, 解得: a=gtanθ. 减速时加速度向左,此加速度由斜面支持力N与左壁支持力F左共同决定,当a>gtanθ,F左=0,球受力如图所示,在水平方向上根据牛顿第二定律有Nsinθ=ma,在竖直方向有 Ncosθ-F上=mg, 解得: F上=m(acotθ-g). 答案: (1) (2)0 m(acotθ-g) 5.(xx·四川卷)避险车道是避免恶性交通事故的重要设施,由制动坡床和防撞设施等组成,如图竖直平面内,制动坡床视为与水平面夹角为θ的斜面.一辆长12m的载有货物的货车因刹车失灵从干道驶入制动坡床,当车速为23m/s时,车尾位于制动坡床的底端,货物开始在车厢内向车头滑动,当货物在车厢内滑动了4m时,车头距制动坡床顶端38m,再过一段时间,货车停止.已知货车质量是货物质量的4倍,货物与车厢间的动摩擦因数为0.4;货车在制动坡床上运动受到的坡床阻力大小为货车和货物总重的0.44倍.货物与货车分别视为小滑块和平板,取cosθ=1,sinθ=0.1,g=10m/s2.求: (1)货物在车厢内滑动时加速度的大小和方向; (2)制动坡床的长度. 解析: (1)设货物的质量为m,货物在车厢内滑动过程中,货物与车厢间的动摩擦因数μ=0.4,受摩擦力大小为f,加速度大小为a1,则 f+mgsinθ=ma1,① f=μmgcosθ,② 联立①②并代入数据,得a1=5m/s2.③ a1的方向沿制动坡床向下. (2)设货车的质量为M,车尾位于制动坡床底端时的车速为v=23m/s.货物在车厢内开始滑动到车头距制动坡床顶端s0=38m的过程中,用时为t,货物相对制动坡床的运动距离为s1,在车厢内滑动的距离s=4m,货车的加速度大小为a2,货车相对制动坡床的运动距离为s2.货车受到制动坡床的阻力大小为F,F是货车和货物总重的k倍,k=0.44,货车长度l0=12m,制动坡床的长度为l,则 Mgsinθ+F-f=Ma2,④ F=k(m+M)g,⑤ s1=vt- a1t2,⑥ s2=vt- a2t2,⑦ s=s1-s2,⑧ l=l0+s0+s2,⑨ 联立①②④~⑨式并代入数据,得l=98m.⑩ 答案: (1)5m/s2,方向沿制动坡床向下 (2)98m
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