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人教版 高中物理 必修一 第四章 牛顿运动定律 寒假复习题含答案

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人教版 高中物理 必修一 第四章 牛顿运动定律 寒假复习题
本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分,共 100 分,考试时间 90 分钟。 第Ⅰ卷
一、单选题(共 10 小题,每小题 4.0 分,共 40 分) 1.如图所示,一个箱子放在水平地面上,箱内有一固定的竖直杆,在杆上套着一个环,箱和杆的质 量为 M,环的质量为 m,已知环以某一初速度沿着杆匀减速下滑,设环的加速度大小为 a,则在环 下滑过程中箱对地面的压力 F 为( )
A.F=(M+m)g B.F=Mg+m(g+a) C.Mg<F<(m+M)g D.F=Mg+m(g-a) 2.利用传感器和计算机可以研究力的大小变化情况,实验时让某同学从桌子上跳下,自由下落 H 后 双脚触地,他顺势弯曲双腿,他的重心又下降了 h.计算机显示该同学受到地面支持力 FN 随时间变 化的图象如图所示.根据图象提供的信息,以下判断错误的是( )
A. 在 0 至 t2 时间内该同学处于失重状态 B. 在 t2 至 t3 时间内该同学处于超重状态 C.t3 时刻该同学的加速度为零 D. 在 t3 至 t4 时间内该同学的重心继续下降 3.如下图所示,底板光滑的小车上用两个量程为 30 N,完全相同的弹簧测力计甲和乙系住一个质量 为 2 kg 的物块.在水平地面上,当小车做匀速直线运动时,两弹簧测力计的示数均为 15 N.当小 车做匀加速直线运动时,弹簧测力计甲的示数变为 10 N.这时小车运动的加速度大小是( )

A. 1 m/s2 B. 3 m/s2 C. 5 m/s2 D. 7 m/s2 4.如图所示,位于水平地面上的质量为 M 的小木块,在大小为 F、方向与水平方向成 α 角的拉力作 用下沿地面做加速运动.若木块与地面之间的动摩擦因数为 μ,则木块的加速度为( )
A. B. C. D. 5.如图所示是我国首次立式风洞跳伞实验,风洞喷出竖直向上的气流将实验者加速向上“托起”.此 过程中( )
A. 地球对人的吸引力和人对地球的吸引力大小相等 B. 人受到的重力和人受到气流的力是一对作用力与反作用力 C. 人受到的重力大小等于气流对人的作用力大小 D. 人被向上“托起”时处于失重状态 6.如图所示,轻杆 AB 可绕固定轴 O 转动,A 端用弹簧连在小车底板上,B 端用细绳拴一小球,车 静止时,AB 杆保持水平,当小车向左运动时,小球偏离竖直方向且保持偏角不变,则( )
A. 小车做匀减速直线运动 B.AB 杆将会倾斜 C. 绳的张力减小 D. 弹簧的弹力不变

7.关于两个物体间的作用力和反作用力,下列说法中正确的是 ( ) A. 作用力和反作用力一定同时产生、同时消失 B. 作用力和反作用力可以不同时产生 C. 作用力和反作用力可以是不同性质的 D. 作用力和反作用力的效果会相互抵消 8.用 30 N 的水平外力 F 拉一静止在光滑的水平面上质量为 20 kg 的物体,力 F 作用 3 s 后消失,则 第 5 s 末物体的速度和加速度分别是( ) A.v=7.5 m/s,a=1.5 m/s2 B.v=4.5 m/s,a=1.5 m/s2 C.v=4.5 m/s,a=0 D.v=7.5 m/s,a=0 9.某人用手竖直向上提着一只行李箱并处于静止状态,如图所示.下列说法中正确的是( )
A. 行李箱的重力与行李箱对人手的拉力是一对平衡力 B. 行李箱的重力与人手对行李箱的拉力是一对平衡力 C. 行李箱的重力与行李箱对地球的吸引力是一对平衡力 D. 行李箱的重力与人手对行李箱的拉力是一对作用力与反作用力 10.下列四个单位中,不是国际单位制中的基本单位的是( ) A. 库仑(C) B. 开尔文(K) C. 摩尔(mol) D. 坎德拉(cd) 二、多选题(共 4 小题,每小题 5.0 分,共 20 分) 11.(多选)下面说法中正确的是( ) A. 力是物体产生加速度的原因 B. 物体运动状态发生变化,一定有力作用在该物体上 C. 物体运动速度的方向与它受到的合外力的方向总是一致的 D. 物体受恒定外力作用,它的加速度恒定.物体受到的外力发生变化,它的加速度也变化 12.(多选)如图所示,两个质量均为 m 的物体 A 和 B,由轻绳和轻弹簧连接绕过不计摩擦力的定滑 轮,系统静止,将另一质量也是 m 的物体 C,轻放在 A 上,在刚放上 A 的瞬间( )

A.A 的加速度是 g B.A 和 B 的加速度都是 0 C.C 对 A 的压力为 mg D.C 对 A 的压力是 mg 13.(多选)如图,物体 P 静止于固定的斜面上,P 的上表面水平.现把物体 Q 轻轻地叠放在 P 上,则 ()
A.P 向下滑动 B.P 静止不动 C.P 所受的合外力增大 D.P 与斜面间的静摩擦力增大 14.(多选)关于牛顿第一定律,下列说法中正确的是( ) A. 它是通过实验直接得到的 B. 它的得出过程体现了科学研究的方法 C. 牛顿第一定律说明了物体不受外力作用时的运动规律 D. 它揭示了力是产生加速度的原因
第Ⅱ卷 三、实验题(共 1 小题,每小题 10.0 分,共 10 分) 15.现要验证“当合外力一定时,物体运动的加速度与其质量成反比”这一物理规律.给定的器材如 下:一倾角可以调节的长斜面(如图)、小车、计时器一个、米尺、天平、砝码、钩码若干.实验步 骤如下(不考虑摩擦力的影响),在空格中填入适当的公式或文字.
(1)用天平测出小车的质量 m

(2)让小车自斜面上方一固定点 A1 从静止开始下滑到斜面底端 A2,记下所用的时间 t. (3)用米尺测量 A1 与 A2 之间的距离 s.则小车的加速度 a=________. (4)用米尺测量 A1 相对于 A2 的高度 h.则小车所受的合外力 F=________. (5)在小车中加钩码,用天平测出此时小车与钩码的总质量 m,同时改变 h,使 m 与 h 的乘积不 变.测出小车从 A1 静止开始下滑到斜面底端 A2 所需的时间 t.请说出总质量与高度的乘积不变的原 因________________________________________________________________. (6) 多 次 测 量 m 和 t , 以 m 为 横 坐 标 , t2 为 纵 坐 标 , 根 据 实 验 数 据 作 图 . 如 能 得 到 一 条 ____________,则可验证“当合外力一定时,物体运动的加速度与其质量成反比”这一规律. 四、计算题(共 3 小题,每小题 10.0 分,共 30 分) 16.物体 A 的质量 M=1 kg,静止在光滑水平面上的平板车 B 的质量为 m=0.5 kg、长 L=1 m.某 时刻 A 以 v0=4 m/s 向右的初速度滑上 B 的上表面,在 A 滑上 B 的同时,给 B 施加一个水平向右的 拉力.忽略物体 A 的大小,已知 A 与 B 之间的动摩擦因数 μ=0.2,取重力加速度 g=10 m/s2,试 求:
(1)若 F=2 N,物体 A 在小车 B 上相对小车 B 滑行的时间和最大距离; (2)如果要使 A 不至于从 B 上滑落,拉力 F 的大小应满足的条件. 17.如图所示,倾角为 α 的粗糙斜面上放一质量为 m 的箱子.一同学想把箱子稍向上移动一段距离, 由于箱子较重,直接用力推没有推动,于是该同学想了一个办法:用一根轻绳一端拴在箱子上, 另一端系在斜面上,而后在绳子的中点施加一与斜面垂直的拉力 F,结果箱子刚好能开始沿斜面向 上移动.若此时绳与斜面间的夹角为 θ,箱子仍紧压在斜面上,重力加速度大小为 g,求:
(1)绳对箱子的拉力大小; (2)箱子受到斜面的摩擦力大小. 18.如图所示,质量为 m 的物体被两根细绳 OA、OB 挂在小车上,两根细绳与车顶水平面夹角分别 为 60°和 30°,试求:为使 OA 绳的拉力恰好为 0,则小车向右运动的加速度为多大?

答案解析
1.【答案】B 【解析】以环为研究对象,根据牛顿第二定律得:mg-Ff=-ma,则得:Ff=mg+ma;再以箱子 为研究对象,分析受力情况:箱子受到重力 Mg、地面的支持力 FN 和环对箱子向下的滑动摩擦力 Ff′,由牛顿第三定律知,有:Ff′=Ff=mg+ma;根据平衡条件得:地面对箱子的支持力为:FN= Mg+Ff′=Mg+mg+ma=(M+m)g+ma;根据牛顿第三定律得箱对地面的压力大小:FN′=FN=(M +m)g+ma,B 正确. 2.【答案】C 【解析】由图象可以看出,在 0 至 t2 时间内该同学受到的地面支持力小于重力,由牛顿第二定律 可知该同学处于失重状态,而在 t2 至 t3 时间内支持力大于重力,该同学处于超重状态,A、B 正确; t3 时刻该同学受到的支持力最大,且 F1 大于重力,由牛顿第二定律可知 a≠0,C 错误;在 t3 至 t4 时 间内该同学受到的支持力逐渐减小,但仍大于重力,故重心继续下降,D 正确. 3.【答案】C 【解析】开始两弹簧测力计的示数均为 15 N,当弹簧测力计甲的示数为 10 N 时,弹簧测力计乙的 示数将增为 20 N,对物块在水平方向上应用牛顿第二定律得:20 N-10 N=2a 得:a=5 m/s2, 故 C 正确. 4.【答案】D 【解析】取 M 为研究对象,其受力情况如图所示.

在竖直方向上合力为零,即 Fsinα+FN=Mg 在水平方向上由牛顿第二定律得 Fcosα-μFN=Ma

由以上两式可得 a=

,D 正确.

5.【答案】A 【解析】地球对人的吸引力和人对地球的吸引力是一对相互作用力,等大反向,A 正确;相互作用 力是两个物体间的相互作用,而人受到的重力和人受到气流的力是共点力,不是一对相互作用力, B 错误;由于风洞喷出竖直向上的气流将实验者加速向上“托起”,在竖直方向上合力不为零,所以 人受到的重力大小不等于气流对人的作用力大小,C 错误;人被向上“托起”时加速度向上,处于超 重状态,D 错误.

6.【答案】D 【解析】因为小球和小车保持相对静止,故小球与小车具有相同的加速度,设小球的质量为 m, 加速度为 a,对小球进行受力分析有:
由图可知小球所受合力沿水平向左,加速度方向水平向左,又因小车向左运动,故小车向左做匀 加速直线运动,故 A 错误;小球在竖直方向平衡,故绳中拉力 FT= ,同一根绳故 B 点受到绳 的拉力大小亦为 FT= ,此力在竖直方向的分力大小与 mg 相等,故 AB 杆仍保持水平,对弹簧 而言,由于形变没有发生变化,故弹簧的弹力不变,故 B 错误,D 正确;小球静止时,绳的张力 大小和小球的重力相等,匀加速后绳的张力变为 FT= >mg,故 C 错误. 7.【答案】A 【解析】作用力和反作用力总是同时产生、同时变化、同时消失的,它们之间没有先后顺序,A 正 确,B 错误;作用力和反作用力一定是同种性质的力,C 错误;由于作用力和反作用力分别作用在 两个不同的物体上,因而它们之间是无法求合力的,作用效果根本不能相互抵消,D 错误. 8.【答案】C 【解析】前 3 s 物体由静止开始做匀加速直线运动,由牛顿第二定律得:F=ma,解得:a= = m/s2=1.5 m/s2,3 s 末物体的速度为 v=at=1.5×3 m/s=4.5 m/s;3 s 后,力 F 消失,由牛顿第二定 律可知加速度立即变为 0,物体做匀速直线运动,所以 5 s 末的速度仍是 3 s 末的速度,即 4.5 m/s, 加速度为 a=0, C 正确. 9.【答案】B 【解析】行李箱的重力和人手对行李箱的拉力都作用在行李箱上,且使行李箱处于平衡状态,故 是一对平衡力,故 A、D 错误,B 正确;行李箱的重力与行李箱对地球的吸引力作用在两个物体上, 故不可能为平衡力,故 C 错误. 10.【答案】A 【解析】国际单位制规定了长度、质量、时间、热力学温度、电流、光强度、物质的量这七个基 本物理量的单位为基本单位,它们分别为米(m)、千克(kg)、秒(s)、开尔文(K)、安培(A)、坎德拉

(cd)、摩尔(mol),A 正确。 11.【答案】ABD 【解析】由牛顿第二定律可知,加速度的方向与它受到的合外力的方向总是一致的,且合外力恒 定,加速度恒定.合外力发生变化,它的加速度也变化;物体运动状态发生变化时,一定产生了 加速度,一定有力作用在该物体上,A、B、D 正确;物体运动速度的方向与它受到的合外力的方 向没有关系,C 错误. 12.【答案】AC 【解析】放物体 C 之前,对物体 A,B 分别受力分析,受重力和向上的拉力,根据平衡条件得到细 线和弹簧的弹力大小都等于 mg; 放物体 C 之后,由于弹簧的伸长量没来得及改变,故弹簧的弹力不变,由于细线和弹簧相连,故 细线的拉力也不变;对 AC 整体受力分析,受到总重力和细线的拉力,根据牛顿第二定律,有

(2m)g-F=(2m)a,F=mg,解得 a= g,故 A 正确,B 错误;对 A 物体受力分析,受到重力 mg、

细线的拉力 F(等于 mg)、物体 C 对物体 A 的压力 FN,根据牛顿第二定律,有 mg+FN-F=ma,解

得 FN= mg,故 C 正确,D 错误.

13.【答案】BD 【解析】对 P 受力分析,受重力、支持力、静摩擦力,根据平衡条件,有:FN=Mgcosθ,Ff= Mgsinθ, Ff≤μFN,故 μ≥tanθ,由于物体 Q 轻轻地叠放在 P 上,相当于增大物体 P 的重力,P 静止不动,A 错 误,B 正确;物体 P 保持静止,合力为零, C 错误;由于物体 Q 轻轻地叠放在 P 上,相当于增大 物体 P 的重力,故 P 与斜面间的静摩擦力增大, D 正确. 14.【答案】BCD 【解析】伽利略所设计的实验是想象中的理想实验.但却是符合科学道理的,牛顿总结了前人的 经验,指出了加速和减速的原因,并指出了这个原因跟运动的关系,不是通过实验直接得到的, 它的得出过程体现了科学研究的方法,A 错误,B 正确;牛顿第一定律说明了物体不受外力作用时 的运动规律,C 正确;牛顿第一定律指出:外力可以迫使物体改变匀速运动状态或静止状态,即力 是产生加速度的原因,故 D 正确.

15.【答案】(3) (4)

(5)为了使各次测量中,小车所受的合外力不变 (6)过原点的直线

【解析】(3)小车做初速度为零的匀加速直线运动,根据匀变速直线运动规律有 s= at2,

所以有:a= (4)小车在斜面上受到竖直向下的重力、垂直接触面的支持力,这两个力在垂直斜面方向的合力为

零,所以沿斜面方向的力为 mgsinα,而斜面高度为 h, 根据几何关系有 sinα= ,所以有小车受到的合外力为 F= .

(5)根据 F= ,要使小车所受合外力大小一定,应该使 mh 为定值.

(6)a= ,说明 a 与 成正比, 以 t2 为纵坐标,为 m 为横坐标建立坐标系,如果这些点在一条过原点的直线上,则可验证“当合外 力一定时,物体运动的加速度与其质量成反比”这一规律. 16.【答案】(1)0.4 s 0.8 m (2)1 N≤F≤3 N 【解析】(1)物体 A 滑上 B 以后,做匀减速运动,由牛顿第二定律得:μMg=MaA,aA=μg=0.2×10 m/s2=2 m/s2,B 做加速运动,由牛顿第二定律得:F+μMg=maB,代入数据解得:aB= +μ g=

( +0.2× ×10) m/s2=8 m/s2,

两者速度相同时:v0-aAt=aBt,4-2t=8t, 解得:t=0.4 s, A 滑行距离:xA=v0t- aAt2=(4×0.4- ×2×0.42) m=1.44 m,

B 滑行距离:xB= aBt2= ×8×0.42m=0.64 m, 最大距离:Δx=xA-xB=0.8 m.

(2)物体 A 不滑落的临界条件是 A 到达 B 的右端时,A、B 具有共同的速度 v1,则:

= +L,

又:

= ,代入数据解得:aB=6 m/s2,

由牛顿第二定律得:F+μMg=maB, 解得:F=maB-μMg=(0.5×6-0.2×1×10) N=1 N 若 F<1 N,则 A 滑到 B 的右端时,速度仍大于 B 的速度,于是将从 B 上滑落,所以 F 必须大于等 于 1 N. 当 F 较大时,在 A 到达 B 的右端之前,就与 B 具有相同的速度,之后,A 必须相对 B 静止,才不 会从 B 的左端滑落.由牛顿第二定律得:μmg=ma,a=μg=0.2×10 m/s2=2 m/s2,F=(M+m)a= (1+0.5)×2 N=3 N,若 F 大于 3 N,A 就会相对 B 向左滑下.综上所述,力 F 应满足的条件是:1 N≤F≤3 N.

17.【答案】(1)

(2)

-mgsinα

【解析】

(1)对绳子的中点受力分析由共点力的平衡得:F=2FTsinθ

解得绳对箱子的拉力大小为:FT=

(2)对箱子受力分析由平衡得:FTcosθ=mgsinα+Ff

箱子受到斜面的摩擦力大小为:Ff=

-mgsinα

18.【答案】 g 【解析】若 OA 绳的拉力恰好为 0,则物体只受两个力作用,受力分析如图,则 FTsin 30°-mg=0, FTcos 30°=ma,解得:a= g.


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