1作业13牛顿运动定律综合应用-2-一、选择题1.(2016年高考·海南卷)沿固定斜面下滑的物体受到与斜面平行向上的拉力F的作用,其下滑的速度-时间图线如图13-1所示.已知物体与斜面之间的动摩擦因数为常数,在0~5s,5~10s,10~15s内F的大小分别为F1、F2和F3,则()图13-1A.F1F2B.F2F3C.F1F3D.F1=F3图13-2解析:根据题v-t图象可以知道,在0~5s内加速度为a1=0.2m/s2,方向沿斜面向下;在5~10s内,加速度a2=0;在10~15s内加速度为a1=-0.2m/s2,方向沿斜面向上;受力分析如图13-2;在0~5s内,根据牛顿第二定律:mgsinθ-f-F1=ma1,则:F1=mgsinθ-f-0.2m;在5~10s内,根据牛顿第二定律:mgsinθ-f-F2=ma2,则:F2=mgsinθ-f;在10~15s内,根据牛顿第二定律:f+F3-mgsinθ=ma3,则:F3=mgsinθ-f+0.2m故可以得到:F3>F2>F1,故选项A正确.答案:A图13-32.(呼和浩特模拟)如图13-3所示,升降机天花板上用轻弹簧悬挂一物体,升降机静止-3-时弹簧伸长量为10cm,运动时弹簧伸长量为9cm,则升降机的运动状态可能是(g=10m/s2)()A.以a=1m/s2的加速度加速上升B.以a=1m/s2的加速度加速下降C.以a=9m/s2的加速度减速上升D.以a=9m/s2的加速度减速下降解析:根据运动时弹簧伸长量为9cm,小于静止时弹簧伸长量10cm,可知升降机的加速度向下,则升降机的运动状态可能是以a=1m/s2的加速度加速下降;也可能是以a=1m/s2的加速度减速上升,B正确.答案:B图13-43.(福州质检)如图13-4所示,劲度系数为k的轻弹簧竖直放置,下端固定在水平地面上.一质量为m的小球,从离弹簧上端高h处自由下落,接触弹簧后继续向下运动.观察小球从开始下落到第一次运动至最低点的过程,下列关于小球的速度v或加速度a随时间t变化的图象中符合实际情况的是()解析:小球开始接触弹簧时,合力向下,向下做加速度逐渐减小的加速运动,运动到某个位置时,重力等于弹簧弹力,合力为零,加速度为零,速度最大,然后重力小于弹力,合力方向向上,向下做加速度逐渐增大的减速运动,运动到最低点时,速度为零,加速度最大,根据对称性可知,到达最低端时加速度大于g,且加速度a随时间t的变化为非线性变化,故A正确,B、C、D错误.答案:A图13-5-4-4.(江西新余四中模拟)如图13-5所示为索道输运货物的情景.已知倾斜的索道与水平方向的夹角为37°,重物与车厢地板之间的动摩擦因数为0.30.当载重车厢沿索道向上加速运动时,重物与车厢仍然保持相对静止状态,重物对车厢内水平地板的正压力为其重力的1.15倍,那么这时重物对车厢地板的摩擦力大小为(已知sin37°=0.6,cos37°=0.8)()A.0.35mgB.0.30mgC.0.23mgD.0.20mg解析:由于重物对车厢内水平底板的正压力为其重力的1.15倍,在竖直方向上,由牛顿第二定律得FN-mg=ma竖直,解得a竖直=0.15g,设水平方向上的加速度为a水平,则a竖直a水平=tan37°=34,解得a水平=0.20g,对重物受力分析可知,在水平方向上摩擦力作为合力产生加速度,由牛顿第二定律得f=ma水平=0.20mg,故D正确.答案:D5.在汽车中的悬线上挂一小球,实验表明,当汽车做匀变速直线运动时,悬线将与竖直方向成某一固定角度,如图13-6所示.若在汽车底板上还有一个跟其相对静止的物块,则关于汽车的运动情况和物块的受力情况正确的是()图13-6A.汽车一定向右做加速运动B.汽车一定向左做加速运动C.物块除受到重力、底板的支持力作用外,还一定受到向右的摩擦力作用D.物块除受到重力、底板的支持力作用外,还可能受到向左的摩擦力作用解析:以小球为研究对象受力分析,受重力和绳的拉力,合力水平向右,反映出汽车加速度向右,所以汽车可能向右加速,也可能向左减速,故A、B错误;以物块为研究对象,受力分析,受重力、底板的支持力,向右的静摩擦力,故C正确,D错误.答案:C6.如图13-7甲所示,在光滑的水平面上有质量为M且足够长的长木板,木板上面叠放一个质量为m的小物块.现对长木板施加水平向右的拉力F=3t(N)时,两个物体运动的a-t图象如图13-7乙所示,若取重力加速度g=10m/s2,则下列说法中正确的是()-5-图13-7A.图线Ⅰ是小物块运动的a-t图象B.小物块与长木板间的动摩擦因数为0.3C.长木板的质量M=1kgD.小物块的质量m=2kg解析:当力F较小时,两者一起加速,当F较大时,m相对于M向后滑动,m的加速度不再随F的增大而变化,因此图象Ⅱ是小物块的a-t图象,A项错误;当小物块发生相对滑动后,加速度不变为am=3m/s2,由牛顿第二定律得,μmg=mam,解得μ=0.3,B项正确;在3s前,对整体有,3t=(M+m)a,a=3M+mt,由图象得3M+m=1;在3s后,对M有,3t-μmg=Ma,a=3Mt-μmgM,由图象得3M=32,解得M=2kg,m=1kg,C、D项错误.答案:B图13-87.如图13-8所示,质量均为m的A、B两物体叠放在竖直弹簧上并保持静止,用大小等于mg的恒力F向上拉B,运动距离h时,B与A分离,下列说法正确的是()A.B和A刚分离时,弹簧长度等于原长B.B和A刚分离时,它们的加速度为gC.弹簧的劲度系数等于mghD.在B和A分离前,它们做匀加速直线运动解析:B和A刚分离时,恒力F=mg,B的加速度为零,弹簧对A向上的弹力等于重力,A的加速度也为零,弹簧处于压缩状态,A、B错误.B和A刚分离时,弹簧弹力大小为mg,开-6-始静止时弹簧弹力大小为2mg,则弹力减少量ΔF=mg,两物体向上运动的距离为h,则弹簧压缩量减少Δx=h,所以弹簧的劲度系数k=mgh,C正确;在B和A分离之前对AB整体为研究对象,重力2mg不变,弹力在减小,合力减小,整体加速度在减小,AB做变加速运动,D错误.答案:C8.(多选)一人乘电梯上楼,在竖直上升过程中加速度a随时间t变化的图线如图13-9所示,以竖直向上为a的正方向,则人对地板的压力()图13-9A.t=2s时最大B.t=2s时最小C.t=8.5s时最大D.t=8.5s时最小解析:人受重力mg和支持力FN的作用,由牛顿第二定律得FN-mg=ma.由牛顿第三定律得人对地板的压力FN′=FN=mg+ma.当t=2s时a有最大值,FN′最大;当t=8.5s时,a有最小值,FN′最小,选项A、D正确.答案:AD图13-109.(多选)一斜面固定在水平面上,在斜面顶端有一长木板,木板与斜面之间的动摩擦因数为μ,木板上固定一轻质弹簧测力计,弹簧测力计下面连接一个光滑的小球,如图13-10所示,当木板固定时,弹簧测力计示数为F1,现由静止释放后,木板沿斜面下滑,稳定时弹簧测力计的示数为F2,若斜面的高为h,底边长为d,则下列说法正确的是()A.稳定后弹簧仍处于伸长状态B.稳定后弹簧一定处于压缩状态C.μ=F1dF2hD.μ=F2hF1d-7-解析:平衡时,对小球分析F1=mgsinθ;木板运动后稳定时,对整体分析有:a=gsinθ-μgcosθ;则agsinθ,根据牛顿第二定律得知,弹簧对小球的弹力应沿斜面向上,弹簧处于拉伸状态,对小球有mgsinθ-F2=ma,而tanθ=hd;联立以上各式计算可得μ=F2hF1d,故A、D正确.答案:AD图13-1110.(多选)如图13-11所示,质量分别为M和m的物体A、B用细线连接,悬挂在定滑轮上,定滑轮固定在天花板上,已知Mm,滑轮质量及摩擦均不计,则下列说法正确的是()A.细线上的拉力一定大于mgB.细线上的拉力一定小于MgC.细线上的拉力等于m+M2gD.天花板对定滑轮的拉力等于(M+m)g解析:设两物体运动的加速度大小均为a,细线上的拉力为T,分别对物体A和B进行受力分析并结合牛顿第二定律有:对A,Mg-T=Ma,对B,T-mg=ma,整理可得T=Mg-Ma=mg+ma,T=2Mmm+Mg.对定滑轮进行受力分析可知,天花板对定滑轮的拉力等于2T.答案:AB图13-1211.(湖北宜昌一调)(多选)物体A和B相对静止,以共同的速度沿斜面匀速下滑,则()A.A、B间无摩擦力的作用B.B受到滑动摩擦力的大小为(mA+mB)gsinθ-8-C.B受到的静摩擦力的大小为mAgsinθD.取走A后,B将匀加速下滑解析:以A为研究对象,A处于平衡状态,因此有f=mAgsinθ,所以A受到B对A沿斜面向上的摩擦力作用,A错误;以整体为研究对象,根据平衡状态有:(mA+mB)gsinθ=fB,B正确;A对B的静摩擦力与B对A的静摩擦力大小相等,故有:f′=f=mAgsinθ,C正确;由分析知:(mA+mB)gsinθ=fB,又根据滑动摩擦力公式有:fB=μ(mA+mB)gcosθ,得:μ=tanθ,取走物体A后,物体B受滑动摩擦力为μmBgcosθ,代入μ=tanθ得,μmBgcosθ=mBgsinθ,即物体B受力平衡,则物体B仍能做匀速直线运动,D错误.答案:BC图13-1312.(湖北黄石中学模考)(多选)如图13-13所示,质量分别为m1、m2的A、B两个滑块放在斜面上,中间用一个轻杆相连,A、B与斜面间的动摩擦因数分别为μ1、μ2,它们在斜面上加速下滑.关于杆的受力情况,下列分析正确的是()A.若μ1μ2,m1=m2,则杆受到压力B.若μ1=μ2,m1m2,则杆受到拉力C.若μ1μ2,m1m2,则杆受到压力D.若μ1=μ2,m1≠m2,则杆不受到作用力解析:不考虑杆对滑块的作用时,滑块受重力、支持力和滑动摩擦力,根据牛顿第二定律,对滑块A有m1gsinθ-μ1mgcosθ=m1a1,解得a1=g(sinθ-μ1cosθ);同理,对滑块B有a2=g(sinθ-μ2cosθ).考虑杆对两滑块的作用,若μ1μ2,则a1a2,B的加速度较大,则杆受到压力,故A正确;若μ1=μ2,则a1=a2,两滑块加速度相同,说明无相对运动趋势,杆不受到作用力,故B错误,D正确;若μ1μ2,则a1a2,A的加速度较大,则杆受到拉力,故C错误.答案:AD二、非选择题-9-图13-1413.如图13-14所示,在光滑水平面上,放置着A、B两个物体.A、B紧靠在一起,其质量分别为mA=3kg,mB=6kg,推力FA作用于A上,拉力FB作用于B上,FA、FB大小均随时间而变化,其规律为FA=(12-2t)N,FB=(6+2t)N.问从t=0开始,到A、B相互脱离为止,A、B的共同位移是多少.解析:FA、FB的大小虽随时间而变化,但F合=FA+FB=18N不变,故开始一段时间内A、B共同做匀加速运动,A、B分离前,对整体有:FA+FB=(mA+mB)a①设A、B间的弹力为FAB,对B有:FB+FAB=mBa②由于加速度a恒定,则随着t的增大,FB增大,弹力FAB逐渐减小,当A、B恰好分离时,A、B间的弹力为零,即FAB=0③将FA=(12-2t)N,FB=(6+2t)N代入①得:a=2m/s2.结合②③得:t=3s.A、B相互脱离前共同位移为:x=12at2,代入数值得:x=9m.答案:9m14.(南阳模拟)神舟飞船完成了预定空间科学和技术实验任务后,返回舱开始从太空向地球表面预定轨道返回,返回舱开始时通过自身制动发动机进行调控减速下降,穿越大气层后在一定高度打开阻力降落伞进一步减速下降,这一过程中若返回舱所受的空气阻力与速度的平方成正比,比例系数(空气阻力系数)为k,所受空气浮力不变,且认为竖直降落,从某时刻开始计时,返回舱的运动v-t图象如图13-15所示,图中AB是曲线在A点的切线,切线与横轴交点B的坐标为(8,0),CD是曲线AD的渐近线,假如返回舱总质量为M=400kg,g取10m/s2,求:-10-图13-15(1)返回舱在这一阶段的