1、第四章第四章 牛顿运动定律牛顿运动定律 (时间：75 分钟 满分：100 分) 一、选择题(本题 12 小题，18 题为单项选择题，每题 3 分，912 题为多项选择题，每题 6 分，共 48 分) 1.(2021 吉林大安第六中学高一期中)关于力的作用效果的说法中正确的是( ) A.物体的运动状态发生变化，一定受到外力作用 B.物体的运动状态不发生变化，一定不受外力作用 C.力对物体的作用效果完全由力的大小决定 D.物体受到力的作用后，一定同时出现形变和运动状态发生变化的现象 答案 A 解析 力是改变物体运动状态的原因，所以运动状态发生了变化，一定是受到外力的作用，A 正确；物体的运动状态不
2、发生变化，说明物体不受力或受到的合力为零，B 错误；力对物体的 作用效果由力的三要素决定，即由大小、方向和作用点共同决定，C 错误；物体受到力的作用 后，不一定同时出现形变和运动状态发生变化的现象，D 错误。 2.如图所示，运动员牵拉着速度伞在锻炼体能。以下说法正确的是( ) A.运动员在加速跑步时，人对速度伞的拉力大于速度伞对人的拉力 B.运动员在匀速跑步时，人对速度伞的拉力与速度伞对人的拉力是一对平衡 力 C.运动员在跑步时，人对速度伞的拉力大小始终等于速度伞对人的拉力大小 D.运动员在跑步时，人对速度伞的拉力要比速度伞对人的拉力先产生 答案 C 解析 根据作用力与反作用力总是等大反向，运
3、动员在跑步时，不论运动状态如何，人对速度 伞的拉力大小总是等于速度伞对人的拉力大小，A 错误，C 正确；运动员在匀速跑步时，人对 速度伞的拉力与速度伞对人的拉力是一对作用力与反作用力，B 错误；根据作用力与反作用力 总是同时产生同时消失，可知运动员在跑步时，人对速度伞的拉力和速度伞对人的拉力同时产 生，D 错误。 3.(2021 江苏南通市高一期中)如图所示， 小红在玩跳房子游戏。 则小红( ) A.在地面上向下蹲的过程中处于失重状态 B.在地面上向上起跳至脱离地面前处于失重状态 C.在空中上升的过程中处于超重状态 D.在空中下降的过程中处于失重状态 答案 D 解析 在地面上向下蹲的过程中，先
4、加速向下，再减速向下，加速度先向下后向上，则先失重 后超重， A 错误； 在地面上向上起跳至脱离地面前， 有向上的加速度， 处于超重状态， B 错误； 在空中上升和下降的过程中，加速度方向均向下，都处于失重状态，C 错误，D 正 确。 4.(2021 辽宁实验中学东戴河分校高一月考)如图所示， 轻绳下挂一吊篮， 质量为 M， 吊篮内用轻弹簧挂一重物 A， 质量为 m， 现将重物 A 用手托住至弹簧原长位置由静 止释放，重物 A 向下运动过程中，下列说法正确的是( ) A.重物 A 向下一直做加速度减小的加速运动 B.重物 A 向下运动过程中，轻绳上拉力始终等于(Mm)g C.重物 A 向下运动
5、过程中，处于失重状态，轻绳上拉力小于(Mm)g D.重物 A 向下运动过程中，轻绳上拉力有时等于(Mm)g，有时大于(Mm)g，有时小于(M m)g 答案 D 解析 重物 A 开始运动后受竖直向下的重力和竖直向上的弹力，重力大于弹力，加速度方向 向下，弹簧弹力逐渐增大，则加速度逐渐减小，做加速度减小的加速运动，当弹力大小等于重 力时加速度为零，速度最大，之后弹簧弹力大于重力，加速度方向向上且逐渐增大，做加速度 增大的减速运动，A 错误；重物 A 向下运动过程中，加速度方向向下时，处于失重状态；加速 度等于零时，不超重也不失重；加速度方向向上时，处于超重状态，故轻绳上拉力先小于(M m)g，后等
6、于(Mm)g，再大于(Mm)g，B、C 均错误，D 正确。 5.(2020 辽宁沈阳市高一期末)质量为 M 的物体放在光滑的水平面上，用细线通过定滑轮与质 量为 m 的物块相连，桌面上细线水平，如甲图所示；撤掉 m，改成直接用 F 竖直向下拉细线， 拉力大小 Fmg，如图乙所示。两次 M 从同一位置开始运动，下列说法正确的是( ) A.甲图中物体 M 受到拉力大小等于 mg B.两次物体 M 到达桌边时的速度相等，所用的时间也相等 C.甲图中物体 M 到达桌边时的速度较小，所用的时间较长 D.甲图中物体 M 到达桌边时的速度较大，所用的时间较短 答案 C 解析 在甲图将物块 m 和物体 M 当
7、做整体，根据牛顿第二定律有 mg(mM)a，所以系统的 加速度为 a mg mM，对物体 M 分析有 TMa mMg mM，A 错误；在乙图中，根据牛顿第二定 律有 FmgMa，所以 amg M ，因为 aa，所以根据 v22ax，可知甲图中物体 M 到达桌 边的速度小于乙图中的情况，根据 x1 2at 2 可知，两种情况下到达桌边的时间也不相等，且甲 图中物体 M 到达桌边所用的时间较长，B、D 错误，C 正确。 6.(2021 江西南昌进贤一中高三月考)如图所示，竖直放置在水平地面上的轻弹簧 上叠放着 A、B 两个物块，它们的质量分别为 mA2 kg 和 mB3 kg，原先都处于 静止状态
8、。 现在将一个大小为 15 N 的竖直向下的压力突然加在 A 上。 在此瞬间， A 对 B 的压力大小为(g 取 10 m/s2)( ) A.35 N B.29 N C.26 N D.15 N 答案 B 解析 对 A 和 B 组成的系统，当不加竖直向下的压力时处于静止状态，受力分析，有整体的 重力和弹簧对系统向上的弹力，且 F弹GAGB50 N，现在将一个大小为 15 N 的竖直向下 压力突然加在 A 上，在此瞬间，弹簧的弹力来不及改变，所以保持不变，对系统受力分析， 有整体的重力、弹簧向上的弹力和外力 F，则由牛顿第二定律可得，此时系统的加速度为 a F mAmB3 m/s 2，其中 F 1
9、5 N，将物体 B 单独隔离出来受力分析，有物体 B 所受的重力、弹簧向上的弹力和 A 对 B 向 下的压力 N，则由牛顿第二定律得 GBNF弹mBa，则 N29 N，选项 B 正确。 7.(2021 黑龙江双鸭山市双鸭山一中高一月考)人站在自动扶梯的水平踏板上， 随扶梯斜向上匀减速运动，如图所示。以下说法正确的是( ) A.人只受到重力和支持力的作用 B.人受到重力、支持力和摩擦力的作用 C.人受到摩擦力的作用，方向水平向左 D.人受到摩擦力的作用，方向与运动方向相反 答案 B 解析 对人进行运动分析，由于人随扶梯斜向上匀减速运动，即加速度方向为斜向 下，对加速度进行分解，如图所示。由牛顿第
10、二定律可知，在水平方向上，水平踏 板对人的摩擦力提供人水平向右的加速度；在竖直方向上，重力和支持力的合力提供人竖直向 下的加速度，人受到重力、支持力和摩擦力作用，且人受到的摩擦力方向水平向右，选项 B 正确。 8.(2021 河南豫南九校高一第三次联考)如图所示，将质量为 10 kg 的小球用轻绳挂在倾角 45 的光滑斜面上， 斜面向右加速运动， 小球 相对斜面静止， g10 m/s2， 当加速度a 2g时， 绳对小球的拉力大小为( ) A.100 2 N B.100 3 N C.100 5 N D.200 N 答案 B 解析 当小球对斜面的压力恰为零时，小球受拉力和重力两个力作用，根据牛顿第
11、二定律 F ma 得 aF m mg mtan g tan g，方向水平向右，当加速度 a 2g 时，小球已脱离斜面，根据 平行四边形定则知 T （ma）2（mg）2 3mg100 3 N，选项 B 正确。 9.(2021 吉林长春第二十九中高一期末)一汽车在路面情况相同的公路上直线行驶， 下面关于车 速、惯性、质量和滑行路程的讨论正确的是( ) A.车速越大，它的惯性越大 B.质量越大，它的惯性越大 C.车速越大，刹车后滑行的路程越长 D.车速越大，刹车后滑行的路程越长，所以惯性越大 答案 BC 解析 惯性是物体的固有属性， 它只与物体的质量有关， 与物体的速度无关， A 错误， B 正确；
12、 根据 xv 2 2a可知车速越大，刹车后滑行的路程越长，与惯性的大小无关，C 正确，D 错误。 10.(2021 浙江宁波效实高二期中)关于这四幅插图下列说法正确的是( ) A.甲图中学生从如图姿势起立到直立站于体重计的过程中，体重计示数先减少后增加 B.乙图中运动员推开冰壶后，冰壶在冰面运动时受到的阻力很小，可以在较长时间内保持运动 速度的大小和方向几乎不变 C.丙图中赛车的质量不很大，却安装着强大的发动机，可以获得很大的加速度 D.丁图中高大的桥要造很长的引桥， 从而减小桥面的坡度， 来减小车辆重力沿桥面方向的分力， 保证行车方便与安全 答案 BCD 解析 甲图中学生先向上加速后减速，
13、最后静止， 先超重后失重， 体重计的示数先增加后减少， A 错误；乙图中冰壶在冰面运动时受到的阻力很小，可以在较长时间内保持运动速度的大小和 方向几乎不变，B 正确；丙图中赛车的质量不很大，却安装着强大的发动机，根据牛顿第二定 律可知可以获得很大的加速度，C 正确；丁图中高大的桥要造很长的引桥，从而减小桥面的坡 度，来减小车辆重力沿桥面方向的分力，保证行车方便与安全，D 正确。 11.如图所示，一足够长的水平传送带以恒定的速率顺时针传动。将一物体 轻轻放在传送带的左端，以 v、a、x、f 表示物体速度大小、加速度大小、 位移大小和所受摩擦力的大小。下列选项正确的是( ) 答案 AB 解析 物体
14、在传送带上先做匀加速运动，当达到共同速度后再做匀速运动，故 A、B 正确。 12.高空滑索是一种勇敢者的运动项目。如果一个人用轻绳通过轻质滑环悬吊在足够长的倾斜 钢索上运动，在下滑过程中可能会出现如图甲、乙所示的两种情形。不计空气阻力，人的质量 为 m，重力加速度为 g。则下列说法正确的是( ) A.图甲所示的情形中，人只能匀加速下滑 B.图甲所示的情形中，轻绳对人的作用力大小为 3mg 2 C.图乙所示的情形中，人匀速下滑 D.图乙所示的情形中，钢索对轻环无摩擦力 答案 ABC 解析 题图甲所示的情形中，对人受力分析如图 a 所示，可知人所受合力方向沿倾斜钢索斜向 下，故人只能匀加速下滑，选
15、项 A 正确；对人所受的力进行正交分解，轻绳对人的作用力大 小为 Tmgcos 30 3mg 2 ，选项 B 正确；图乙所示的情形中，对人受力分析如图 b 所示，可 知人匀速下滑，选项 C 正确；对题图乙中轻环受力分析如图 c 所示，钢索对轻环有摩擦力， 选项 D 错误。 二、实验题(本题 2 小题，第 13 题 6 分，第 14 题 8 分，共 14 分) 13.(2021 广东广州市高一期末)某兴趣小组的同学利用如图 1 所示的实验装置，测量木块与长 木板之间的动摩擦因数，图中长木板水平固定。 图 1 图 2 (1)已知重力加速度为 g，测得木块的质量为 M，砝码盘和砝码的总质量为 m，砝
16、码盘、砝码和 木块的加速度大小都为 a，则木块与长木板之间的动摩擦因数 _。 (2)实验时，某同学得到一条纸带如图 2 所示，图中 0、1、2、3、4、5、6 点为选取的计数点， 每两计数点间还有一个计时点没有画出，通过测量得计数点间的距离分别为 x1、x2、x3、x4、 x5、x6，打点计时器的电源频率为 f，请写出计算纸带的加速度大小的表达式 a _，打第 4 个计数点时纸带的速度大小的表达式 v_。 答案 (1)mg（Mm）a Mg (2)（x 6x5x4x3x2x1）f2 36 （x5x4）f 4 解析 (1)对木块、砝码盘和砝码组成的系统，由牛顿第二定律得 mgMg(Mm)a， 解得
17、 mg（Mm）a Mg 。 (2)每两计数点间还有一个计时点没有画出，两计数点间的时间间隔是 t2T2 f 由逐差法求加速度得 ax 6x5x4x3x2x1 9t2 （x 6x5x4x3x2x1）f2 36 打第 4 个计数点时纸带的速度大小为 v4x 4x5 2t （x 4x5）f 4 。 14.(2021 天津耀华中学高三月考)某实验小组在“探究加速度与物体受力的关系”实验中，设 计出如下的实验方案，其实验装置如图所示。已知小车质量 M214.6 g，所使用的交流电频率 f50 Hz。其实验步骤是： A.按图甲所示安装好实验装置 B.调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下做匀速
18、运动 C.取下细绳和砝码盘，记下砝码盘中砝码的质量 m D.先接通电源，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求得小车的加速度 a E.重新挂上细绳和砝码盘，改变砝码盘中砝码质量，重复 BD 步骤，求得小车在不同合外力 F 作用下的加速度 回答以下问题： (1)按上述方案做实验，是否要求砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量_(选填“是” 或“否”)。 (2)实验中打出一条纸带如图乙所示，由该纸带可求得小车的加速度 a_m/s2(保留 2 位有效数字)； (3)某同学将有关数据填入他设计的表格中，并根据表中的数据画出 aF 图像(如图丙)。由该 图线延长线与横轴的交点可求出的物理量是_，其大小是_N。
19、 次数 1 2 3 4 5 砝码盘中砝码的质量 m/g 10 20 30 40 50 砝码盘中砝码的重力 F/N 0.10 0.20 0.29 0.39 0.49 小车的加速度 a/(m s 2) 0.87 1.44 1.84 2.38 2.89 丙 答案 (1)否 (2)0.77 (3)砝码盘重力 0.07 解析 (1)B 步骤中，小车匀速运动合力为 0，即绳子拉力和摩擦力及小车重力沿斜面向下的分 力的合力为 0，所以取下细绳后，小车在匀加速下滑过程中所受的合外力大小总等于砝码和砝 码盘的总重力大小，所以不必要求砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量。 (2)由xaT2，代入数据可得纸带的加速
20、度为 a（6.776.00）10 2 （0.1）2 m/s20.77 m/s2。 (3)设砝码盘的质量为 m0，则 F合(m0m)gm0gF，而实验中未将 m0计入，所以造成图线 不过坐标原点，由图线可知，当 a0 时，F0.07 N 由 F合m0gFMa0，可得 Fm0g 即图线延长线与横轴交点的横坐标的绝对值表示砝码盘的重力大小，其值为 0.07 N。 三、计算题(本题共 3 小题，共 38 分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明 单位) 15.(12 分)(2021 山东潍坊高一期末)如图甲所示为潍坊市政府广场两座百米多高的观光塔。游 客乘坐观光电梯 1 min 就可以从
21、1 层到达观光平台。若质量 m 60 kg的人站在电梯平台上在t0时由静止开始上升， 运动的at图像如图乙所示， g10 m/s2。 求该过程中： (1)电梯运行的最大速度； (2)人对电梯的最小压力。 答案 (1)2.5 m/s (2)570 N 解析 (1)电梯运行 5 s 后达最大速度， 由图知 a10.5 m/s2，方向向上 由速度公式得 vma1t1 得电梯运行的最大速度 vm2.5 m/s。 (2)5560 s 内电梯向上做匀减速运动， 由图知 a20.5 m/s2，方向向下， 人与电梯间有最小作用力 对人，由牛顿第二定律得 mgNma2 解得 N570 N 由牛顿第三定律得，人对
22、电梯的最小压力 N570 N。 16.(12 分)(2021 北京东城区高一期末)某同学制作了一个“竖直加速度测量仪”，其 构造如图所示，一根轻弹簧上端固定在支架上，下端悬挂一重物，弹簧左侧固定一 刻度尺。在弹簧下端悬挂 1.0 N 重物，重物静止时指针所指位置的刻度标记为 0，两 条相邻长刻线间距离设为 d，取 g10 m/s2。 (1)在弹簧下端悬挂 0.9 N 重物，重物静止时指针指在刻度尺上的 C 位置。求此弹簧 的劲度系数； (2)将这个“竖直加速度测量仪”置于在竖直方向运动的电梯中。悬挂 1.0 N 重物时，在电梯运 动的某段时间内，指针指在刻度尺上的 C 位置。 判断电梯处于超重
23、状态还是失重状态，并简要说明电梯的运动情况； 求电梯的加速度。 答案 (1) 1 20d (2)电梯处于失重状态， 可能的运动状态是： 加速下降或减速上升 1.0 m/s 2， 方向竖直向下 解析 以重物为研究对象，重物受到重力和弹簧的拉力。以竖直向上的方向为正方向。 (1)设悬挂 0.9 N 重物时，弹簧形变量为 x1；悬挂 1.0 N 重物时，弹簧形变量为 x2。 根据胡克定律及二力平衡条件得 kx1G1，kx2G2 代入已知条件 G2G1k 2d，解得 k 1 20d。 (2)电梯处于失重状态，可能的运动状态是：加速下降或减速上升。 根据牛顿第二定律得 Fmgma，解得 a1.0 m/s
24、2 电梯的加速度大小为 1.0 m/s2，方向竖直向下。 17.(14 分)运动员把冰壶沿水平冰面投出，让冰壶在冰面上自由滑行，在不与 其他冰壶碰撞的情况下，最终停在远处的某个位置。按比赛规则，投掷冰壶 运动员的队友可以用毛刷在冰壶滑行前方来回摩擦冰面， 减小冰面的动摩擦 因数以调节冰壶的运动。 (1)运动员以 3.4 m/s 的速度投掷冰壶，若冰壶和冰面的动摩擦因数为 0.02，冰壶在冰面上滑行 多远？g 取 10 m/s2； (2)若运动员仍以 3.4 m/s 的速度将冰壶投出，其队友在冰壶自由滑行 10 m 后开始在其滑行前 方摩擦冰面，冰壶和冰面间的动摩擦因数变为原来的 90%，冰壶多
25、滑行了多少距离？ 答案 (1)28.9 m (2)2.1 m 解析 (1)选择滑行的冰壶为研究对象。冰壶所受的合力等于滑动摩擦力 f(如图)。设冰壶的质 量为 m，以冰壶运动方向为正方向建立一维坐标系，滑动摩擦力 f 的方向与运动方向相反，则 f1N1mg 根据牛顿第二定律 fma1得冰壶的加速度为 a1 f m 1mg m 1g0.0210 m/s2 0.2 m/s2 加速度为负值，方向跟 x 轴正方向相反。 将 v03.4 m/s，v0 代入 v2v202a1x1，得冰壶的滑行距离为 x1 v20 2a1 3.42 2（0.2） m28.9 m 冰壶滑行了 28.9 m。 (2)设冰壶滑行 10 m 后的速度为 v10，则对冰壶的前一段运动有 v210v202a1x10 冰壶后一段运动的加速度为 a22g0.020.910 m/s20.18 m/s2 滑行 10 m 后为匀减速直线运动， 由 v2v2102a2x2，v0，得 x2v 2 10 2a2 v202a1x10 2a2 3.4 22（0.2）10 2（0.18） m21 m 则 xx10 x2x1(102128.9) m2.1 m 冰壶多滑行了 2.1 m。