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第四章运动和力的关系单元测试卷(总分100分时间75分钟)第I卷(选择题)单选题(本题共7小题,每小题给出的四个选项中,只有一项符合题目要求,共28分)1.伽利略对“自由落体运动”和“运动和力的关系”的争辩,开创了科学试验和规律推理相结合的重要科学争辩方法。图甲、图乙分别表示这两项争辩中试验和规律推理的过程,对这两项争辩,下列说法正确的是()A.图甲中先在倾角较小的斜面上进行试验,可“冲淡”重力,使时间测量更简洁B.图甲通过对自由落体运动的争辩,合理外推得出小球在斜面上做匀变速运动C.图乙中完全没有摩擦阻力的斜面是实际存在的,试验可实际完成D.图乙的试验为“抱负试验”,通过规律推理得出物体的运动需要力来维持【答案】A【解析】A.当时利用滴水法,无法记录自由落体运动的较短时间,伽利略设计了让铜球沿阻力很小的斜面滚下,来“冲淡”重力的作用效果,小球在斜面上运动的加速度要比它竖直下落的加速度小得多,所用时间长的多,所以简洁测量。A正确;B.伽利略做了上百次试验,依据小球在斜面上做匀变速运动,并通过抽象思维在试验结果上做了合理外推,得到自由落体运动为匀变速运动。B错误;C.完全没有摩擦阻力的斜面实际是不存在的,试验不行实际完成。C错误;D.图乙的试验为“抱负试验”,假如右侧斜面放平,则小球永久无法达到相同高度,小球将永久运动下去,也就是说,物体的运动不需要力来维持。D错误。故选A。2.如图是航天飞船返回舱返回地面的示意图,其过程可简化为:打开降落伞一段时间后,整个装置匀速下降,距地面肯定高度时,点燃返回舱的缓冲火箭,返回舱开头减速下降运动,落地速度恰好为零,返回舱平安着陆。则()A.返回舱在喷气过程中处于失重状态B.返回舱匀速运动过程中处于超重状态C.火箭点燃后伞绳对返回舱的拉力增大D.火箭开头喷气瞬间返回舱获得向上的加速度【答案】D【解析】AD.返回舱在喷气过程中,减速下降,加速度竖直向上,则处于超重状态,故A错误,D正确;B.返回舱匀速运动过程中无加速度,不处于超重状态,故B错误;C.火箭点燃后,火箭对返回舱的力向上,则伞绳对返回舱的拉力减小,故C错误。故选D。3.(2023全国甲卷)一小车沿直线运动,从t=0开头由静止匀加速至t=t1时刻,此后做匀减速运动,到t=t2时刻速度降为零在下列小车位移x与时间t的关系曲线中,可能正确的是()A. B.C. D.【答案】D【解析】x—t图像的斜率表示速度,小车先做匀加速运动,因此速度变大即0—t1图像斜率变大,t1—t2做匀减速运动则图像的斜率变小,在t2时刻停止图像的斜率变为零。故选D。4.如图所示,向前行驶的车厢内有一面对行驶方向的乘客,乘客在自身重力G与车厢(含座椅)的作用力F的作用下与车厢保持相对静止,座椅旁边有一小球用细线悬挂在车厢的天花板上,悬线与竖直方向成角也与车厢相对静止,下列说法中正确的是()A.乘客受到的合力方向与运动方向相同B.车厢的速度越大,悬线与竖直方向的夹角越大C.车厢对乘客的作用力F肯定大于乘客的重力GD.悬线与竖直方向夹角增大,车厢对乘客作用力F可能不变【答案】C【解析】A.由图可知,小球受合外力方向与车厢运动方向相反,可知车厢做匀减速运动,乘客受到的合力方向与运动方向也相反,选项A错误;B.对小球,依据牛顿其次定律可知可得则车厢的加速度越大,悬线与竖直方向的夹角越大,但是速度大,θ不肯定大,选项B错误;C.对乘客受力分析可知,车厢对乘客的作用力即F肯定大于乘客的重力G,选项C正确;D.悬线与竖直方向夹角增大,则加速度a变大,车厢对乘客作用力F增大,选项D错误。故选C。5.(2023山东卷)质量为M的玩具动力小车在水平面上运动时,牵引力F和受到的阻力f均为恒力,如图所示,小车用一根不行伸长的轻绳拉着质量为m的物体由静止开头运动。当小车拖动物体行驶的位移为时,小车达到额定功率,轻绳从物体上脱落。物体连续滑行一段时间后停下,其总位移为。物体与地面间的动摩擦因数不变,不计空气阻力。小车的额定功率P0为()A. B.C. D.【答案】A【解析】设物体与地面间的动摩擦因数为μ,当小车拖动物体行驶的位移为S1的过程中有F-f-μmg=(m+M)av2=2aS1P0=Fv轻绳从物体上脱落后a2=μgv2=2a2(S2-S1)联立有故选A。6.如图所示,MN和PQ为两根固定平行直细杆,圆柱形物体沿细杆下滑,两杆间的距离与圆柱形物体的半径相同,细杆与水平面的夹角为,圆柱形物体与细杆间的动摩擦因数为0.3,重力加速度为g,则圆柱形物体下滑的加速度大小为(
)A. B. C. D.【答案】A【解析】作出圆柱形物体垂直于杆的平面内受力示意图依据题意,两直杆间的距离与圆柱形物体的半径相同,则α=60°在沿杆的方向有mgsinθ-2f=ma垂直于杆的方向有又有f=μN联立并代入数据解得故A正确,BCD错误。故选A。7.水平地面上有一质量为的长木板,木板的左端上有一质量为的物块,如图(a)所示。用水平向右的拉力F作用在物块上,F随时间t的变化关系如图(b)所示,其中、分别为、时刻F的大小。木板的加速度随时间t的变化关系如图(c)所示。已知木板与地面间的动摩擦因数为,物块与木板间的动摩擦因数为,假设最大静摩擦力均与相应的滑动摩擦力相等,重力加速度大小为g。则下面选项不正确的是()A.B.C.D.在时间段物块与木板加速度相等【答案】A【解析】A.图(c)可知,t1时滑块木板一起刚在从水平滑动,此时滑块与木板相对静止,木板刚要滑动,此时以整体为对象有故A错误,符合题意;BC.图(c)可知,t2滑块与木板刚要发生相对滑动,以整体为对象,依据牛顿其次定律,有以木板为对象,依据牛顿其次定律,有解得,故BC正确,不符合题意;D.图(c)可知,0~t2这段时间滑块与木板相对静止,所以有相同的加速度,故D正确,不符合题意。故选A.多选题(本题共3小题,每小题选全得6分,部分正确3分,有错误选项0分,共18分)8.(2023全国甲卷)用水平拉力使质量分别为、的甲、乙两物体在水平桌面上由静止开头沿直线运动,两物体与桌面间的动摩擦因数分别为和。甲、乙两物体运动后,所受拉力F与其加速度a的关系图线如图所示。由图可知()A. B. C. D.【答案】BC【解析】依据牛顿其次定律有F-μmg=ma整理后有F=ma+μmg则可知F—a图像的斜率为m,纵截距为μmg,则由题图可看出m甲>m乙,μ甲m甲g=μ乙m乙g则μ甲<μ乙故选BC。9.(多选)如图所示,A、B、C三个物体分别用轻绳和轻弹簧连接,放置在倾角为θ的光滑斜面上,当用沿斜面对上的恒力F作用在物体A上时,三者恰好保持静止,已知A、B、C三者质量相等,重力加速度为g。下列说法正确的是()A.在轻绳被烧断的瞬间,C的加速度大小为0B.在轻绳被烧断的瞬间,B的加速度大小为C.剪断弹簧的瞬间,C的加速度大小为D.突然撤去外力F的瞬间,A的加速度大小为0【答案】AC【解析】A.在轻绳被烧断瞬间,C的受力保持不变,所以C的加速度为零,故A正确;B.对C,依据平衡条件可得对B,依据牛顿其次定律可得解得故B错误;C.剪断弹簧的瞬间,对C,依据牛顿其次定律有解得故C正确;D.突然撤去外力F的瞬间,对整体AB,由牛顿其次定律可得解得故D错误。故选AC。10.推导匀变速直线运动位移公式时,匀变速直线运动在极短时间内可以看成是匀速直线运动,这一方法也适用于求非匀变速直线运动的位移,如图所示,光滑水平面上,物块B以1.2m/s的速度去撞固定在物块A上的轻弹簧,经过1s二者第一次速度相等,此时物块A运动的位移为0.36m,已知B的质量是A的质量的5倍,弹簧的劲度系数为100N/m,弹簧始终在弹性限度内,则以下说法正确的是()A.从开头运动到共速过程中,物块A的加速度始终是物块B的5倍B.从开头运动到共速过程中,物块A的位移始终是物块B的位移的5倍C.二者速度相等时,物块B的位移为1.128mD.弹簧中的弹力最大为768N【答案】AC【解析】A.弹簧上的力的大小处处相等,故依据牛顿其次定律可知,故物块A的加速度始终是物块B的5倍。故A正确;B.从开头运动到二者共速过程中,B物块的速度大于A物块的速度,相同的运动时间,则B的位移也大于A的位移。故B错误;C.依据A选项中结论可知A物体位移为,联立以上两方程可知故C正确;D.当两物体共速时,弹簧中的弹力最大为故D错误。故选AC。第II卷(非选择题)试验题(本题共2小题,11题6分,12题9分,共15分)11.某同学用如图甲所示装置做“探究加速度与合外力关系试验”,长木板放在水平桌面上。小车的质量为M,重力加速度为g。(1)按图示组装好试验仪器后,直接做试验,某次试验打出的一条纸带如图乙所示,打点计时器所接沟通电的频率为50Hz,可求得小车加速度的大小为___________m/s2(2)多次转变砝码盘中砝码的质量,重复试验,测得多组力传感器的示数F及对应的小车加速度a,作出a-F图像,如图丙所示,由此可以确定小车运动过程中受到的阻力大小为(3)为了使小车受到的合外力等于力传感器的示数,需在长木板没有定滑轮的一端用垫木适当垫高,使长木板与水平面的夹角θ满足___________。A.sinθ=F0Mg
B.sinθ=Mg【答案】0.88F0【解析】(1)[1]小车加速度a(2)[2]由丙图得到小车运动过程中受到的阻力为F0(3)[3]为了使小车受到的合外力等于力传感器的示数,需在长木板没有定滑轮的一端用垫木适当垫高,使小车重力沿斜面对下的分力等于阻力,即Mgsinθ=F12.一物理爱好小组用如图所示的装置,探究“加速度与质量的关系”,通过转变放在小车上的砝码质量,转变小车(含遮光片)与砝码的总质量M。
(1)试验要平衡摩擦力,具体操作为:不悬挂砂桶,将长木板没有定滑轮的一端适当垫高,轻推小车,假如___________,则摩擦力得到平衡;(2)试验还需要的部分操作有___________;A.悬挂砂桶后调整细线与木板平行
B.测量砂和砂桶质量mC.调整砂和砂桶质量m远小于M
D.小车每次在同一位置释放(3)调整好试验器材后,第一次试验:由静止释放小车,记录小车经过光电门1、2时遮光片挡光时间t1、t2,小车(含遮光片)及砝码的总质量M1,力传感器的尔数F;其次次试验:向小车中添加砝码,小车(含遮光片)及砝码的总质量为M2,由静止释放小车,此时会发觉力传感器的示数___________(选填“大于”或“小于”)F,通过适当___________(选填“增加”或“减小”)砂桶中砂的质量,使力传感器的示数仍为F,重新试验,记录小车经过光电门1、2【答案】小车沿木板做匀速直线运动AD/DA小于增加M【解析】(1)[1]轻推小车,直到小车沿木板做匀速直线运动,摩擦力得到平衡。(2)[2]A.需要细线与木板平行,才能保证细线的拉力与小车的合外力方向相同,细线的拉力才等于小车的合外力,所以需要悬挂砂桶后调整细线与木板平行,故A正确;BC.由于不需要用沙桶的重力来表示合外力,合外力可以直接测量,所以不需要满足m远小于M,也不需要测量砂和砂桶质量m,故BC错误;D.需要把握单一变量,木板每处光滑程度不同,所以需要从同一位置释放,故D正确。故选AD。(3)[3][4]向小车中添加砝码,小车所受阻力增大,F变小,通过适当增加砂桶中砂的质量,使力传感器的示数仍为F。[5]依据牛顿其次定律F其中a1=v12-v整理解得M解答题(本题共3小题,共39分)13.(11分)水面救生无人船已经成为水面救援的重要科技装备。在某次测试中,一质量为20kg的无人船在安静水面上沿直线直奔目标地点。无人船先从静止动身,做匀加速运动10s后达到最大速度4m/s,接着马上做匀减速运动,匀减速运动了16m的距离后速度变为零。已知无人船运行过程中受到水的阻力恒定且大小为4N,不计空气阻力,g取10m/s2。求:(1)在匀加速过程中,无人船发动机供应的动力的大小F1;(2)在匀减速过程中,无人船发动机供应的阻力的大小F2;(3)无人船在上述测试中,运动的总时间t及总位移大小x。【答案】(1)12N;(2)6N;(3)18s,36m【解析】(1)匀加速阶段加速度为解得a1=0.4m/s2由牛顿其次定律得F1-f=ma1解得F1=12N(2)匀减速阶段有解得a2=0.5m/s2由牛顿其次定律得F2+f=ma2解得F2=6N(3)匀减速阶段的时间为t2==8s运动总时间为t=t1+t2=18s匀加速阶段的位移为x1=t1=20m运动总位移大小为x=x1+x2=36m14.(13分)2022北京冬奥会成功举办,小华同学通过观看竞赛,将滑雪轨道抱负化处理成如图所示的轨道。滑雪轨道由倾斜直轨道AB和水平轨道BC组成,轨道AB与水平面的夹角,轨道AB与轨道BC的动摩擦因数均为,时运动员从A点由静止开头匀加速下滑,,经过B点前后速度大小不变,之后在BC上做匀减速直线运动,最终保持不动。通过观测可得到某运动员的图如图所示,已知,。g取。求(1)运动员在倾斜直轨道所滑行的距离?(2)轨道的动摩擦因数为多少?(3)当时运动员距离B点的距离?【答案】(1)400m;(2)0.5;(3)160m【解析】(1)由图可知,运动员在时速度达到最大值,即滑到B点,又由于图中图线与时间轴围成的面积等于位移,所以运动员
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