人教版高中物理必修第一冊(cè)第四章運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系3牛頓第二定律練習(xí)含答案

3.牛頓第二定律課后訓(xùn)練鞏固提升基礎(chǔ)鞏固1.(多選)下列關(guān)于牛頓第二定律的說法正確的是()A.物體的加速度大小由物體的質(zhì)量和物體所受的合力大小決定,與物體的速度無關(guān)B.物體的加速度方向只由它所受的合力方向決定,與速度方向無關(guān)C.物體所受的合力方向和加速度方向及速度方向總是相同的D.一旦物體所受的合力為零,則運(yùn)動(dòng)物體的加速度立即為零,其運(yùn)動(dòng)也就逐漸停止了答案:AB解析:根據(jù)牛頓第二定律,物體的加速度的大小由合力的大小和質(zhì)量決定,加速度的方向由合力的方向決定,二者方向一定相同,而加速度的大小和方向與物體的速度的大小和方向無關(guān);根據(jù)牛頓第二定律的瞬時(shí)性特征,合力一旦為零,則加速度立即為零,速度不發(fā)生變化,物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)。故選項(xiàng)A、B正確,C、D錯(cuò)誤。2.豎直起飛的火箭在推力F的作用下產(chǎn)生10m/s2的加速度,若推力增大到2F,則火箭的加速度將達(dá)到(g取10m/s2)()A.20m/s2 B.25m/s2C.30m/s2 D.40m/s2答案:C解析:推力為F時(shí),F-mg=ma1;當(dāng)推力為2F時(shí),2F-mg=ma2。聯(lián)立以上兩式可得,a2=30m/s2,故C正確。3.(多選)如圖所示,當(dāng)小車向右加速運(yùn)動(dòng)時(shí),質(zhì)量為m的物塊相對(duì)于車廂靜止于豎直車廂壁上,當(dāng)車的加速度增大時(shí),則()A.物塊所受摩擦力增大B.物塊對(duì)車廂壁的壓力增大C.接觸面處最大靜摩擦力增大D.物塊相對(duì)于車廂壁上滑答案:BC解析:以物塊為研究對(duì)象,分析受力情況如圖所示,根據(jù)牛頓第二定律,水平方向FN=ma,豎直方向Ff=mg。當(dāng)加速度增大時(shí),FN增大,物塊與接觸面間的最大靜摩擦力增大,物塊在豎直方向受力平衡,即Ff=mg不變,A錯(cuò)誤,C正確;當(dāng)加速度增大時(shí),FN增大,根據(jù)牛頓第三定律得知,物塊對(duì)車廂壁的壓力增大,B正確;因?yàn)樽畲箪o摩擦力增大,物塊仍然能相對(duì)于車廂壁靜止,D錯(cuò)誤。4.質(zhì)量為5kg、底面光滑的木箱以2m/s2的加速度水平向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng),在箱內(nèi)有一輕彈簧,其一端被固定在箱子的右側(cè)壁,另一端栓接一個(gè)質(zhì)量為3kg的滑塊,木箱與滑塊相對(duì)靜止,如圖所示。下列判斷正確的是()A.彈簧被壓縮,彈簧的彈力大小為6NB.彈簧被壓縮,彈簧的彈力大小為10NC.彈簧被拉伸,彈簧的彈力大小為6ND.彈簧被拉伸,彈簧的彈力大小為10N答案:C解析:滑塊在水平方向只受彈簧的彈力作用,因向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng),故彈力的方向向右,故彈簧被拉伸,根據(jù)牛頓第二定律可知F=ma=3×2N=6N,故選C。5.在光滑水平面上有一物塊始終受水平恒力F的作用而運(yùn)動(dòng),在其正前方固定一個(gè)足夠長(zhǎng)的輕質(zhì)彈簧,如圖所示,在物塊與彈簧接觸后向右運(yùn)動(dòng)的過程中,下列說法正確的是()A.物塊接觸彈簧后做減速運(yùn)動(dòng)B.物塊接觸彈簧后先加速后減速C.當(dāng)彈簧壓縮量最大時(shí),物塊的加速度等于零D.當(dāng)物塊的速度為零時(shí),它所受的合力為零答案:B解析:物塊接觸彈簧后彈簧的彈力逐漸增大,開始階段,彈力小于水平恒力F,合力方向向右,與速度方向相同,物塊做加速運(yùn)動(dòng),后來彈力大于F,合力向左,與速度方向相反,物塊做減速運(yùn)動(dòng),所以物塊接觸彈簧后先加速后減速,故A錯(cuò)誤,B正確。當(dāng)彈力與恒力F大小相等、方向相反時(shí),加速度為零,速度達(dá)到最大,之后繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng),彈簧壓縮量增大,彈力增大,合力向左且逐漸增大,物塊做減速運(yùn)動(dòng),故當(dāng)物塊的速度為零時(shí),合力不為零,合力方向向左,加速度方向向左,故C、D錯(cuò)誤。6.質(zhì)量為1kg的物體靜止在水平面上,若用4N的水平拉力拉它,剛好能勻速運(yùn)動(dòng);若將此力增至6N,則物體的加速度大小是多少?若撤去拉力,物體的加速度大小又是多少?答案:2m/s24m/s2解析:依題意,用4N的水平拉力拉物體剛好能勻速運(yùn)動(dòng),則物體受到的滑動(dòng)摩擦力為Ff=4N當(dāng)用6N的水平拉力拉它時(shí),根據(jù)牛頓第二定律有F-Ff=ma代入數(shù)據(jù)得a=2m/s2若撤去拉力,物體只受摩擦力,則Ff=ma'代入數(shù)據(jù)得a'=4m/s2。7.如圖所示,靜止在水平地面上的小黃鴨質(zhì)量m=20kg,受到與水平面夾角為53°的斜向上的拉力,小黃鴨開始沿水平地面運(yùn)動(dòng)。已知拉力F=100N,小黃鴨與地面的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2,g取10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6。(1)把小黃鴨看作質(zhì)點(diǎn),作出其受力示意圖。(2)求地面對(duì)小黃鴨的支持力。(3)求小黃鴨運(yùn)動(dòng)的加速度的大小。答案:(1)圖見解析(2)120N,方向豎直向上(3)1.8m/s2解析:(1)如圖所示,小黃鴨受到重力、支持力、拉力和摩擦力作用。(2)豎直方向有Fsin53°+FN=mg解得FN=mg-Fsin53°=120N,方向豎直向上。(3)受到的摩擦力為滑動(dòng)摩擦力,所以Ff=μFN=24N根據(jù)牛頓第二定律得:Fcos53°-Ff=ma,解得a=1.8m/s2。能力提升1.如圖所示,某一纜車沿著坡度為30°的山坡以加速度a上行,在纜車中放一個(gè)與山坡表面平行的斜面,斜面上放一個(gè)質(zhì)量為m的小物塊,小物塊相對(duì)斜面靜止(設(shè)纜車保持豎直狀態(tài)不搖擺)。則()A.小物塊受到的摩擦力方向平行斜面向下B.小物塊受到的滑動(dòng)摩擦力大小為maC.小物塊受到的靜摩擦力大小為12D.小物塊受到斜面的彈力大小為12答案:C解析:物塊的加速度大小為a,方向沿斜面向上,以小物塊為研究對(duì)象,分析受力情況,小物塊受重力mg、斜面的支持力FN和靜摩擦力Ff,Ff沿斜面向上,A錯(cuò)誤;根據(jù)牛頓第二定律有Ff-mgsin30°=ma,解得Ff=12mg+ma,C正確,B錯(cuò)誤;物塊受到的支持力等于重力沿垂直于斜面方向的分力,則FN=mgcos30°=3mg2.如圖所示,A、B、C三個(gè)小球質(zhì)量均為m,A、B之間用一根沒有彈性的輕質(zhì)細(xì)繩連在一起,B、C之間用輕彈簧栓接,整個(gè)系統(tǒng)用輕質(zhì)細(xì)線懸掛在天花板上并且處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)將A上面的細(xì)線剪斷,使A的上端失去拉力,若已知重力加速度為g,則在剪斷細(xì)線的瞬間,A、B、C三個(gè)小球的加速度大小分別是()A.g,g,0 B.g,2g,0C.g,g,g D.1.5g,1.5g,0答案:D解析:開始時(shí)A、B、C處于靜止,隔離對(duì)C受力分析,彈簧的彈力F彈=mg。剪斷A上面的細(xì)線,在該瞬間彈簧的彈力不變,隔離對(duì)A、B受力分析,A、B的加速度均為a=F彈+2mg2m=1.5g,C所受的合力為零,3.五個(gè)質(zhì)量相等的物體并排置于光滑水平面上,如圖所示,現(xiàn)對(duì)第1個(gè)物體施加大小為F、方向水平向右的恒力,則第2個(gè)物體對(duì)第3個(gè)物體的作用力等于()A.15F B.2C.35F D.4答案:C解析:設(shè)每個(gè)物體的質(zhì)量為m,對(duì)整體運(yùn)用牛頓第二定律得a=F5m。對(duì)前2個(gè)物體運(yùn)用牛頓第二定律得a=F-F'2m。解得F'=35F,由牛頓第三定律得,第2個(gè)物體對(duì)第3個(gè)物體的作用力F4.如圖所示,一個(gè)質(zhì)量為50kg的沙發(fā)靜止在水平地面上,甲、乙兩人同時(shí)從背面和側(cè)面分別用F1=120N、F2=160N的力推沙發(fā),F1與F2相互垂直,且平行于地面。沙發(fā)與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.3。設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,重力加速度g取10m/s2。下列說法正確的是()A.沙發(fā)不會(huì)被推動(dòng)B.沙發(fā)將沿著F1的方向移動(dòng),加速度為0.6m/s2C.由于F1小于滑動(dòng)摩擦力,沙發(fā)將沿著F2的方向移動(dòng),加速度為0.2m/s2D.沙發(fā)的加速度大小為1m/s2答案:D解析:由二力合成可知,兩力的合力大小為F=F12+F22=200N,方向在水平面內(nèi)與F1夾角的正弦值為sinθ=F2F=0.8,即θ=53°;而Ffmax=μFN=μmg=0.3×50kg×10m/s2=150N,因?yàn)镕>Ffmax,所以沙發(fā)要做勻加速直線運(yùn)動(dòng),由牛頓第二定律有F-Ffmax=ma,可得a=1m/s2,方向沿水平面與F5.直升機(jī)沿水平方向勻速飛往水源取水滅火,懸掛著m=500kg空箱的懸索與豎直方向的夾角θ1=45°,直升機(jī)取水后飛往火場(chǎng),加速度沿水平方向,大小穩(wěn)定在a=1.5m/s2時(shí),懸索與豎直方向的夾角θ2=14°(如圖所示),如果空氣阻力大小不變,且忽略懸索的質(zhì)量,重力加速度g取10m/s2,sin14°≈0.242,cos14°≈0.970,試求水箱中水的質(zhì)量m'。答案:4.5×103kg解析:直升機(jī)取水前,水箱受力平衡F1sinθ1-Ff=0①F1cosθ1-mg=0②由①②得Ff=mgtanθ1③直升機(jī)返回時(shí),由牛頓第二定律得F2sinθ2-Ff=(m+m')a④F2cosθ2-(m+m')g=0⑤由④⑤得,水箱中水的質(zhì)量m'=4.5×103kg。6.如圖所示,跳傘運(yùn)動(dòng)員下落過程中,假定傘所受空氣阻力的大小跟下落速度的二次方成正比,即F=kv2,比例系數(shù)k=20N·s2/m2,跳傘運(yùn)動(dòng)員與傘的總質(zhì)量為72kg,跳下高度足夠高,g取10m/s2。(1)跳傘運(yùn)動(dòng)員在空中做什么運(yùn)動(dòng)?落地前的速度是多大?(2)當(dāng)速度達(dá)到4m/s時(shí),下落加速度是多大?答案:(1)做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng);6m/s(2)5.6m/s2解析:(1)以傘和運(yùn)動(dòng)員