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1、第二講 力與直線運動
——課后自測診斷卷
1.(2019南京、鹽城二模)某次實驗中,通過傳感器獲得小車的速度v與時間t的關系圖像如圖所示,則小車( )
A.在0~1.0 s內位移先增大后減小
B.在0~1.0 s內加速度先增大后減小
C.在0~1.0 s內位移約為0.5 m
D.在0~0.5 s內平均速度為0.35 m/s
解析:選C 在0~1.0 s內小車的速度均為正值,則小車的位移一直增大,選項A錯誤;vt圖線的斜率等于加速度,則在0~1.0 s內加速度先減小后增大,選項B錯誤;vt圖線與坐標軸圍成的面積等于位移,則由圖像可知,在0~1.0 s內位移約為0.5 m,選項
2、C正確;在0~0.5 s內的位移約為0.21 m,則平均速度為==0.42 m/s,選項D錯誤。
2.[多選]如圖所示,一只貓在桌邊猛地將桌布從魚缸下拉出,魚缸最終沒有滑出桌面。若魚缸、桌布、桌面兩兩之間的動摩擦因數(shù)均相等,則在上述過程中( )
A.桌布對魚缸摩擦力的方向向左
B.魚缸在桌布上的滑動時間和在桌面上的相等
C.若貓增大拉力,魚缸受到的摩擦力將增大
D.若貓減小拉力,魚缸有可能滑出桌面
解析:選BD 魚缸相對于桌布向左運動,故應受到向右的摩擦力,選項A錯誤;由于魚缸與桌布、桌面之間的動摩擦因數(shù)相等,魚缸在桌布上運動和在桌面上運動時加速度的大小相等,根據v=at,魚缸在
3、桌布上和在桌面上的滑動時間相等,選項B正確;若貓增大拉力,魚缸與桌布之間的摩擦力仍然為滑動摩擦力,大小不變,選項C錯誤;若貓減小拉力,魚缸可能隨桌布一起運動而滑出桌面,選項D正確。
3.(2019江蘇揚州中學高考模擬)智能化電動扶梯如圖所示,乘客站上扶梯,先緩慢加速,然后再勻速上升,則( )
A.乘客始終處于超重狀態(tài)
B.加速階段乘客受到的摩擦力方向與v相同
C.電梯對乘客的作用力始終豎直向上
D.電梯勻速上升時,電梯對乘客的作用力豎直向上
解析:選D 加速運動階段,顧客的加速度沿電梯斜向上,有豎直向上的分加速度,根據牛頓第二定律,電梯對他的支持力大于其重力,處于超重狀態(tài);勻速運
4、動階段,加速度為0,所以既不超重也不失重,選項A錯誤。加速階段乘客加速度斜向上,加速度有水平向右的分量,則受到的摩擦力方向水平向右,選項B錯誤;加速階段,乘客受到豎直向上的支持力和水平向右的摩擦力,則電梯對乘客的作用力斜向右上方;電梯勻速上升時,電梯對乘客只有向上的支持力,即電梯對乘客的作用力豎直向上,選項C錯誤,D正確。
4.(2019鹽城四模)質量相同的甲、乙兩個木塊與水平桌面間的動摩擦因數(shù)均相同。在水平推力F作用下做加速度為a的勻加速直線運動,現(xiàn)去掉乙木塊,其他不變,則加速度的大小a′是( )
A.a′>2a B.a′=2a
C.a′=a D.a′<2a
解析:選
5、A 根據牛頓第二定律:對甲乙的整體F-2μmg=2ma;去掉乙木塊:F-μmg=ma′;兩式相減解得ma′-2ma=μmg>0,即a′>2a,故A正確。
5.(2019江蘇七市二模)為使雨水盡快離開房屋的屋頂面,屋頂?shù)膬A角設計必須合理。某房屋示意圖如圖所示,設屋頂面光滑,傾角為θ,雨水由靜止開始沿屋頂面向下流動,則理想的傾角θ為( )
A.30 B.45
C.60 D.75
解析:選B 設屋檐的底邊為L,注意底邊長度是不變的,屋頂?shù)钠旅骈L度為s,雨滴下滑的加速度為a,對雨滴受力分析,只受重力mg和屋頂對水滴的支持力N,垂直于屋頂方向:N=mgcos θ,平行于屋頂方向:ma=mgsi
6、n θ,水滴的加速度a=gsin θ,根據三角關系判斷,屋頂坡面的長度為:s=,由s=at2得:t==,θ=45時,t最短。
6.(2019江蘇鹽城中學高三月考)一長輕質薄硬紙片置于光滑水平地面上,其上放質量均為1 kg的A、B兩物塊,A、B與薄硬紙片之間的動摩擦因數(shù)分別為μ1=0.3,μ2=0.2,水平恒力F作用在A物塊上,如圖所示。已知最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,g取10 m/s2。下列說法正確的是( )
A.若F=1.5 N,則A物塊所受摩擦力大小為1.5 N
B.無論力F多大,A與薄硬紙片都不會發(fā)生相對滑動
C.無論力F多大,B與薄硬紙片都不會發(fā)生相對滑動
D.若F=8 N
7、,則B物塊的加速度為4.0 m/s2
解析:選B A與紙片間的最大靜摩擦力為:fA=μmAg=0.3110 N=3 N,B與紙片間的最大靜摩擦力為:fB=μmBg=0.2110 N=2 N;若F=1.5 N<fA,所以A、B和紙片保持相對靜止,整體在F作用下向左做勻加速運動,根據牛頓第二定律得:F-f=mAa,所以A物塊所受摩擦力f<F=1.5 N,故A錯誤。當B剛要相對于紙片滑動時靜摩擦力達到最大值,由牛頓第二定律得:fB=mBa0,解得:a0=2 m/s2;對整體,有:F0=(mA+mB)a0=22 N=4 N;即F達到4 N后,B將相對紙片運動,此時B受到的摩擦力f=2 N;則對A分析
8、,A受到的摩擦力也為2 N,故A和紙片間不會發(fā)生相對運動;則可知,當拉力為8 N時,B與紙片間的摩擦力即為滑動摩擦力為2 N,此后增大拉力,不會改變B的受力,其加速度大小均為2 m/s2,無論力F多大,A和紙片之間不會發(fā)生相對滑動,故B正確,C、D錯誤。
7.(2019南通一模)用一隨時間均勻變化的水平拉力F拉靜止在水平面上的物體。已知F=kt(k=2 N/s),物體與水平面間的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,物體的加速度a隨時間t變化的圖像如圖所示,g取10 m/s2,則不可以計算出( )
A.物體的質量
B.物體與水平面間的動摩擦因數(shù)
C.t=4 s時物體的速度
D.0~4 s內拉
9、力F做的功
解析:選D 物體受重力、地面的支持力、拉力和摩擦力,根據牛頓第二定律得:F-μmg=ma,解得:a=-μg=t-μg,由a與t圖線得到:0=-10μ,2=-10μ,聯(lián)立解得m=2 kg,μ=0.2; at圖線與時間軸所圍成的面積表示速度的變化量,所以0~4 s內有Δv=v-0=22 m/s=2 m/s,t=4 s時物體的速度v=2 m/s;由于物體先靜止后又做變加速運動,F(xiàn)為變力,不能直接利用做功公式求出拉力F做的功;無法利用勻變速直線運動規(guī)律求0~4 s內位移,無法求出摩擦力做功,所以無法根據動能定理求拉力F做的功, 故不可以計算出的是D,可以計算出的是A、B、C。
8.(2
10、019江蘇六市二模)如圖所示,傾角為30的光滑固定斜面上放置質量為M的木板A,跨過輕質光滑定滑輪的細線一端與木板相連且細線與斜面平行,另一端連接質量為m的物塊B,質量也為m的物塊C位于木板A頂端。靜止釋放后,C下滑,而A、B仍保持靜止。已知M=1.5m,重力加速度為g,則C沿木板下滑的加速度大小為( )
A.g B.g
C.g D.g
解析:選C 對木板A受力分析,受重力、支持力、拉力和C對A的摩擦力,根據平衡條件可得:Mgsin 30+f=mg,由題意可知:M=1.5m,可得A、C間的摩擦力為f=0.25mg,對C受力分析,根據牛頓第二定律可得:mgsin 30
11、-f=ma,聯(lián)立以上關系式可得C下滑的加速度a=g,故C正確。
9.[多選](2019江蘇七市三模)如圖甲所示,物塊A、B靜止疊放在水平地面上,B受到大小從零開始逐漸增大的水平拉力F作用。A、B間的摩擦力f1、B與地面間的摩擦力f2隨水平拉力F變化的情況如圖乙所示。已知物塊A的質量m=3 kg,取g=10 m/s2,最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,則( )
A.兩物塊間的動摩擦因數(shù)為0.2
B.當012 N時,A的加速度隨F的增大而增大
解析:選AB 根據題給圖像可知,發(fā)生相對滑動時,A、
12、B間滑動摩擦力是6 N,所以動摩擦因數(shù)μ==0.2,A正確;當012 N時,根據圖像可知,此時A、B發(fā)生相對滑動,對A物塊:a==2 m/s2,加速度不變,D錯誤。
10.(2017全國卷Ⅱ)為提高冰球運動員的加速能力,教練員在冰面上與起跑線相距s0和s1(s1
13、上沿垂直于起跑線的方向滑向擋板;冰球被擊出的同時,運動員垂直于起跑線從靜止出發(fā)滑向小旗。訓練要求當冰球到達擋板時,運動員至少到達小旗處。假定運動員在滑行過程中做勻加速運動,冰球到達擋板時的速度為v1,重力加速度大小為g。求:
(1)冰球與冰面之間的動摩擦因數(shù);
(2)滿足訓練要求的運動員的最小加速度。
解析:(1)設冰球的質量為m,冰球與冰面之間的動摩擦因數(shù)為μ,由牛頓第二定律得μmg=ma
由運動學公式得v02-v12=2as0
可解得μ=。
(2)冰球到達擋板時,滿足訓練要求的運動員中,剛好到達小旗處的運動員的加速度最小。設這種情況下,冰球和運動員的加速度大小分別為a1和a2,
14、所用的時間為t。由運動學公式得
v02-v12=2a1s0
v0-v1=a1t
s1=a2t2
解得a2=。
答案:(1) (2)
11.(2019徐州期中)如圖甲所示,粗糙水平面上有一個長L=1 m、質量M=3 kg的長木板,木板上表面左半部分粗糙,右半部分光滑,木板與地面間的動摩擦因數(shù)μ1=0.25。質量m=1 kg的物塊放置在木板的右端,物塊與木板左半部分間的動摩擦因數(shù)μ2=0.5。在木板右端施加如圖乙所示的水平拉力,g取10 m/s2。求:
(1)木板剛開始運動時的加速度大小;
(2)物塊運動多長時間后與木板速度相同;
(3)經過t=2.5 s物塊運動的位移大小。
15、
解析:(1)對木板受力分析,根據牛頓第二定律得:F1-μ1(M+m)g=Ma
代入數(shù)據解得:a=1 m/s2。
(2)在F1=13 N作用下,木板經歷時間t1=1 s前進的位移為x1=at12=0.5 m,速度為v1=at1=1 m/s,則經過1 s物塊將與粗糙的左側面接觸,即物塊將受到向右的滑動摩擦力f2=μ2mg作用
對物塊,由牛頓第二定律得:ma1=μ2mg
解得物塊的加速度為a1=5 m/s2
對木板,由牛頓第二定律得:
Ma2=F2-μ1(M+m)g-μ2mg
解得木板的加速度為a2=3 m/s2
設經歷時間t2兩者速度相同,則有:
v共=a1t2=v1+a2t
16、2
解得:t2=0.5 s,v共=2.5 m/s。
(3)在0.5 s內物塊前進的位移為x2=a1t22=0.625 m
達到共同速度后物塊相對木板靜止,有共同加速度,
由牛頓第二定律得:(M+m)a′=F2-μ1(M+m)g
解得:a′=3.5 m/s2
則再經過t′=1 s即可運動到t=2.5 s
這段時間內的位移為:x3=v共t′+a′t′2=4.25 m
故物塊運動的位移為x=x2+x3=4.875 m。
答案:(1)1 m/s2 (2)0.5 s (3)4.875 m
12.(2018江蘇高考)如圖所示,釘子A、B相距5l,處于同一高度。細線的一端系有質量為M的小
17、物塊,另一端繞過A固定于B。質量為m的小球固定在細線上C點,B、C間的線長為3l。用手豎直向下拉住小球,使小球和物塊都靜止,此時BC與水平方向的夾角為53。松手后,小球運動到與A、B相同高度時的速度恰好為零,然后向下運動。忽略一切摩擦,重力加速度為g,取sin 53=0.8,cos 53=0.6。求:
(1)小球受到手的拉力大小F;
(2)物塊和小球的質量之比M∶m;
(3)小球向下運動到最低點時,物塊M所受的拉力大小T。
解析:(1)由幾何知識可知AC⊥BC,根據平衡
(F+mg)cos 53=Mg
解得F=Mg-mg。
(2)與A、B相同高度時
小球上升h1=3lsin 53,
物塊下降h2=2l,
物塊和小球組成的系統(tǒng)機械能守恒mgh1=Mgh2
解得=。
(3)根據機械能守恒定律,小球向下運動到最低點時,恰好回到起始點,設此時物塊受到的拉力為T,加速度大小為a,由牛頓第二定律得
Mg-T=Ma
對小球,沿AC方向由牛頓第二定律得
T-mgcos 53=ma
解得T=
結合(2)可得T=或mg或Mg。
答案:(1)Mg-mg (2)6∶5
(3)
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