2023人教版新教材高中物理必修第一册同步练习-05-5 牛顿运动定律的应用

2023人教版新教材高中物理必修第一册

第四章运动和力的关系

5牛顿运动定律的应用

基础过关练

题组一从受力确定运动情况

1.（2021山东济南月考）（多选）质量为3kg的物体，静止于水平地面上，在10N的水平拉力作

用下,开始沿水平地面做匀加速直线运动,物体与地面间的摩擦力是4No则（）

A.物体在3s末的速度大小为10m/s

B.物体在3s末的速度大小为6m/s

C.物体在0~3s内发生的位移大小为15m

D.物体在0~3s内发生的位移大小为9m

2.（2021江苏盐城响水中学期中）（多选）如图所示，质量m=100kg的重物，在大小F=l.25X1（T

N、方向竖直向上的拉力作用下，由静止开始加速上升,不计空气阻力，g取10m/s2,则（）

A.重物上升的加速度大小为12.5m/s2

B.重物上升的加速度大小为2.5m/s2

C.运动2s时速度大小为25m/s

D.运动2s时速度大小为5m/s

3.（2022福建三明月考）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

速度大小为（）

A.7m/sB.14m/s

C.10m/sD.20m/s

4.（2022江苏姜堰期中）（多选）如图所示表示某小球所受的合力与时间的关系,各段的合力大

小相同，作用时间相同，设小球从静止开始运动，由此可判定（）

4;f/s

A.小球向前运动,再返回停止

B.小球向前运动,再返回不会停止

C.小球始终向前运动

D.小球在4s末速度为0

5.（2022山东滕州期中）如图所示,质量为40kg的雪橇（包括人）在与水平方向成37°角、大

小为200N的拉力F作用下，沿水平面由静止开始运动，经过2s撤去拉力F,雪橇与地面间的

动摩擦因数为0.2。取g=10m/s2,cos37°=0.8,sin37°=0.6。求：

（1）刚撤去拉力时雪橇的速度v的大小；

⑵撤去拉力后雪橇能继续滑行的距离X。

题组二从运动情况确定受力

6.（2022陕西榆林期中）如图所示,在汽车行驶过程中，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。为了尽可能减少碰撞引起的伤害,人们设计了安全带及安全气

囊。假定乘客质量为70kg,汽车车速为108km/h,从踩下刹车到车完全停止需要的时间为5

s,此时间内汽车的运动可看成匀减速运动,则安全带及安全气囊对乘客的平均作用力大小约为

A.420NB.600NC.800ND.1000N

7.（2022重庆九龙坡期中）水平面上一质量为m的物体,在水平恒力F作用下,从静止开始做匀

加速直线运动,经时间t后撤去外力,又经时间3t物体停下，则物体受到的阻力为（）

8.（2022山东枣庄期中）如图所示,质量为m=3kg的木块放在倾角为9=30°的足够长的固定

斜面上，木块可以沿斜面匀速下滑。若用沿斜面向上的力F作用于木块上，使其由静止开始沿

斜面向上加速运动,经过t=2s时间木块沿斜面上升4m的距离,则推力F的大小为（g取10

m/s2)()

A.42NB.6NC.21ND.36N

9.（2022甘肃兰州期中）（多选）如图甲所示,在粗糙的水平面上,物块A在水平向右的外力F作

用下做直线运动，其v-t图像如图乙中实线所示，下列判断正确的是（）

A.在0~1s内，外力F的大小恒定

B.在1~3s内，外力F的大小为零

C.在3~4s内，外力F的大小不断增大

D.在3~4s内，外力F的大小不断减小

10.（2022江西南昌期中）某游乐园的“跳楼机”游戏，以惊险刺激深受年轻人的欢迎。某次游

戏中，质量为m=50kg的小明同学坐在载人平台上，并系好安全带、锁好安全杆。游戏的过程

简化为巨型升降机将平台拉升100m高度，然后平台由静止开始下落，在忽略空气和台架对平

台阻力的情况下，该运动可近似看作自由落体运动。在下落h=80m时启动制动系统使平台开

始做匀减速直线运动，再下落h2=20m时刚好停止运动。取g=10m/s?,求：

（1）下落的过程中小明运动速度的最大值得；

⑵落地前20m内，小明做匀减速直线运动的加速度a的大小；

⑶当平台落到离地面10m高的位置时，小明对平台的压力F的大小。

能力提升练

题组一动力学中的两类问题

1.如图所示,水平放置的传送带以速度v=2m/s向右运行,现将一小物体轻轻地放在传送带A

端,物体与传送带间的动摩擦因数口=0.2,若A端与B端相距6m,则物体由A运动到B的时间

为（g取10m/s2）（）

A.2sB.2.5sC.3.5sD.4s

2.（2021湖南永州月考）（多选）现在大型室外活动通常用无人机进行航拍。如图所示,一质量

m=2.0kg的无人机在操作员的操控下由静止开始竖直向上匀加速运动2s,然后又匀速向上运

动3s,接着匀减速向上运动4s速度恰好为零，之后悬停进行航拍。已知无人机上升过程中

的最大速度为得=4m/s,受到的空气阻力恒为f=lN,重力加速度大小g=10m/s2,贝U（）

A.无人机上升的第一个阶段,受到向上的作用力大小是25N

B.无人机上升的第二个阶段,受到向上的作用力大小是20N

C.无人机上升的第三个阶段,受到向上的作用力大小是18N

D.无人机上升的总高度为24m

3.（2022湖北麻城月考）如图甲所示,粗糙斜面与水平面的夹角为30°,质量为0.3kg的小物

块静止在A点。现有一沿斜面向上的恒定推力F作用在小物块上，作用一段时间后撤去推力F,

小物块能达到的最高位置为C点，小物块从A到C的v-t图像如图乙所示。g取10m/s2,则下

列说法中正确的是（）

C

30°

甲

A.小物块到C点后将沿斜面下滑

B.小物块加速时的加速度大小是减速时加速度大小的I

C.小物块与斜面间的动摩擦因数为?

D.推力F的大小为6N

4.（2022安徽池州期中）如图所示，长为s=ll.25m的水平轨道AB与倾角为。=37°、长为

L=3m的光滑斜面BC在B处连接，有一质量为m=2kg的滑块（可视为质点），从A处由静止开

始受到与水平方向成37°斜向上的拉力F=20N的作用，经过一段时间后撤去拉力F,此时滑块

仍在水平轨道上,但滑块恰好可以滑到斜面的最高点Co已知滑块经过B点时,速度方向改变

但大小不变,滑块与AB间的动摩擦因数U=0.5,重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6,cos

37°=0.8o求：

⑴滑块过B点时速度的大小；

⑵拉力F作用的时间。

题组二连接体问题

5.（2022河北邢台第二中学开学考）如图所示，物体P置于光滑的水平面上，用细线跨过质量不

计的光滑定滑轮连接一个重为10N的重物,物体P向右运动的加速度大小为若细线下端不

挂重物,而用F=10N的力竖直向下拉细线下端,这时物体P的加速度大小为a2,则（）

A.ai<a2

B,a1二&

C.@1>@2

D.条件不足,无法判断

6.（2022山西太原期中）（多选）如图所示，质量分别为Hu、nt的A、B两物块用轻线连接，放在

倾角为9的斜面上，用始终平行于斜面向上的拉力F拉A,使它们沿斜面匀加速上升,A、B与

斜面间的动摩擦因数均为口。为了增加轻线上的张力，可行的办法是（）

A.减小A物块的质量

B.增大B物块的质量

C.增大倾角9

D.增大动摩擦因数u

题组三等时圆模型

7.（2022江西宜春月考）如图所示,光滑细杆BC、DC和AC构成矩形ABCD的两邻边和对角

线,AC：BC:DC=5：4:3,AC杆竖直，各杆上分别套有一小球a、b、d（均可看成质点），a、b、d

三小球的质量比为1：2：3,现让三小球同时从各杆的顶点由静止释放,不计空气阻力，则a、b、

d三小球在各杆上滑行的时间之比为（）

A.1：1：1B.5：4：3

C.5：8：9D.1：2：3

8.（2022湖北洪湖期中）（多选）如图所示,0a、0b和ad是竖直平面内三根固定的光滑细杆,0、

a、b、c、d位于同一圆周上,c为圆周的最高点,a为最低点,0'为圆心。每根杆上都套着一个

小滑环（未画出），两个滑环从0点无初速度释放,一个滑环从d点无初速度释放,用七、七、ts

分别表示滑环沿Oa、Ob、da到达a、b所用的时间，则下列关系正确的是（）

A.ti=t2B.t2>t3

C.ti<t2D.ti=t3

9.（2022陕西宝鸡期中）如图所示,有一半圆,其直径水平且与另一圆的底部相切于0点,0点恰

好是下半圆的圆心,它们处在同一竖直平面内。现有三条光滑轨道AOB、COD、EOF,它们的两

端分别位于上下两圆的圆周上,轨道与竖直直径的夹角关系为a>B>。，现让一小物块先后从

三条轨道顶端由静止下滑至底端,则小物块在每一条倾斜轨道上滑动时所经历的时间关系为

A.tAB-tcD—tgpB.tAB>tcD>tEF

C.tAB〈tcD〈tEFD.tAB二tcD〈tEF

答案全解全析

基础过关练

2

1.BD根据牛顿第二定律得M/S=2m/s；则3s末的速度v=at=2X3m/s=6

m/s,0~3s内的位移x=；at?=；X2X32m=9m,故B、D正确。

2.BD由牛顿第二定律有F-mg=ma,得a=2.5m/s2;由匀变速直线运动规律有v=at,得v=5m/s,

故B、D正确。

3.B设汽车刹车后滑动的加速度大小为a,由牛顿第二定律得Pmg=ma,解得a=ugo由匀变

速直线运动速度与位移关系式诏=2ax,可得汽车刹车前的速度为v°=V^=14m/s,选项B正确。

4.CD由图像可知:在0~1s,小球向前做匀加速直线运动，1s末速度最大,在1~2s,小球以

大小相等的加速度向前做匀减速直线运动,2s末速度为零。依此类推，可知选项C、D正确,A、

B错误。

5.答案(1)5.2m/s(2)6.76m

解析(1)撤去拉力前,对雪橇(包括人)，竖直方向有N+Fsin370=mg

水平方向有Fcos37°-f\=ma“且f\=口Ni

由运动学公式得v=a1t1

解得v=5.2m/so

(2)撤去拉力后,在水平方向有-Pmg=ma2

则雪橇的加速度a2=-Ug

2

根据0-v=2a2x,解得x=6.76m。

6.A从踩下刹车到车完全停止的5s内，人的速度由30m/s减小到0,视为匀减速直线运动，

则有m/s2=-6m/s?。根据牛顿第二定律知安全带及安全气囊对乘客的作用力

F=ma=70X(-6)N=-420N,负号表示力的方向跟初速度方向相反,A正确。

7.B当力F作用时,设物体的加速度大小为a1,从开始经时间t后物体的速度为v,可得F-

Ff=mabv=ait;撤去力F后，设物体的加速度大小为a2,可得Ff=ma2,0=v-a2,3t,四式联立解得

Ff=—,B正确。

4

8.D因木块能沿斜面匀速下滑，由平衡条件知mgsin9=umgcos。，所以P=tan9;当木

块在推力作用下加速上滑时，由运动学公式x^at?得a=2m/s；由牛顿第二定律得F-mgsin

9-Umgcos0=ma,得F=36N,D正确。

9.AD在0~ls内，v-t图线的斜率不变,物块加速度不变,Fyma=F-Ff不变,可知外力F是恒

力,A正确;在广3s内，物块做匀速直线运动，加速度等于零,F=F〃外力F的大小恒定且不为

零,B错误;在3~4s内，v-t图线的斜率越来越大,说明加速度越来越大,物块做加速度增大的

减速运动,根据a=二知，力F不断减小,D正确,C错误。

m

10.答案(1)40m/s(2)40m/s2(3)2500N

解析⑴当下落hk80m时小明的速度最大,有呜=2gN

代入数据可得丫五40m/so

2

(2)小明做匀减速运动过程中的加速度大小为a二岩

代入数据可得a=40m/s)

⑶当平台落到离地面10m高的位置时,小明做匀减速运动,根据牛顿第二定律有F'-mg=ma

代入数据得F'=2500N

根据牛顿第三定律，小明对平台的压力F大小为2500No

能力提升练

1.C开始时物体在滑动摩擦力作用下做初速度为零的匀加速直线运动,加速度a=""口g=2

m

2

2

m/s,当物体的速度等于传送带速度时,位移为X1=^=lm<6m,所以在到达B端之前,物体还有

一段做匀速直线运动,加速时间为t-4s=lS,匀速时间为t2=^=年s=2.5s,故总时间为

1=a2v2

t=ti+t2=ls+2.5s=3.5s,C正确。

方法技巧

(1)当用水平传送带传送物体时,应特别注意摩擦力的突变和物体运动状态的变化。摩擦力的

突变常常导致物体的受力情况和运动状态的突变。

⑵滑动摩擦力存在于发生相对运动的物体之间，当两物体的速度达到相同时,滑动摩擦力突变

为零。

2.AD第一阶段的加速度a=詈=：m/s2=2m/s2,由牛顿第二定律得F「mg-f=mai,得

ti2

F1=mg+ma1+f=(2.0X10+2.0X2+1)N=25N,故A正确;由平衡条件可知F2=mg+f=21N,故B错误;

第三阶段的加速度&=三%m/s2=-lm/s,,由牛顿第二定律得F3-mg-f=ma2,得

F3=mg+maz+f=⑵0X10-2.0X1+1)N=19N,故C错误;无人机上升的总高度为h=QX2+4X

3+gX4)m=24m,故D正确。

3.B由题图乙可知，小物块做匀加速运动的加速度大小为a尸署=言m/s小学m/s2,匀减速运动

2

的加速度大小为产及尢m/s=10m/s；故a.：a2=l：3,B正确;在匀减速直线运动过程中,

由牛顿第二定律知mgsin30°+umgcos30°=maz,解得口=亨,C错误；因为mgsin

30°=；mg=umgcos30。，所以物块到达C点后将静止在C点，不会下滑,A错误;小物块做匀

加速运动时，根据牛顿第二定律可得F-mgsin30°-umgcos30°=mai,解得F=4N,D错误。

4.答案⑴6m/s(2)1.5s

解析(1)滑块在斜面上滑行时，由牛顿第二定律得

mgsin37°=ma3

由运动学规律可得诏=2asL

解得VB=6m/s

⑵撤去F前，由牛顿第二定律得

Fcos37°-u(mg-Fsin37°)=mai

设F作用的时间为t,则撤去F时有

Vi—_ait,,Xi_—1—ait,2

撤去拉力F后，有口mg=ma2

(-a2)(s-Xi)

联立解得t=1.5s

方法技巧

多过程问题的分析

首先分析清楚物体的各段运动过程，根据受力特点确定各过程的运动性质，然后运用牛顿

第二定律与运动学公式列相应的动力学方程；注意相邻过程各量的衔接关系，特别是前后“速

度”的衔接关系，往往是列式与计算的“桥梁”。

5.A挂重物时,设细线张力为T,以P为研究对象，由牛顿第二定律得,T=m同，以Q为研究对象

有叫g-T=mQ&,则a尸」*=3匚;当改为10N拉力后，由牛顿第二定律得a2=—,故aKa”故

A正确。

6.AB对A、B^轻线组成的系统应用牛顿第二定律得F-(mA+mB)gsin9-u(mA+mB)gcos

。=(nu+mB)a,隔离物块B,应用牛顿第二定律得Fr-niBgsin0-umBgcos9=mBao以上两式联

立可解得卜=」等，由此可知,FT的大小与e、口无关,mp越大,IBA越小,FT越大,故A、B均正

确。

规律总结