高中物理人教版 (2019)必修 第一册第四章 运动和力的关系3 牛顿第二定律课堂检测

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第四章　运动和力的关系第1~3节综合拔高练五年选考练考点1　实验:探究加速度与力、质量的关系1.[2018浙江11月选考,17(2),]在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,两个相同的小车放在光滑水平板上,前端各系一条细绳,绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘,盘中可放重物。小车的停和动通过用黑板擦按住小车后的细线和抬起来控制,如图1所示。实验要求小盘和重物所受的重力近似等于使小车做匀加速直线运动的力。图1图2①请指出图2中错误之处: 　。 ②调整好装置后,在某次实验中测得两小车的位移分别是x1和x2,则两车的加速度之比为　　　　。 2.(2016课标Ⅲ,23,10分,)某物理课外小组利用图(a)中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。图中,置于实验台上的长木板水平放置,其右端固定一轻滑轮;轻绳跨过滑轮,一端与放在木板上的小滑车相连,另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N=5个,每个质量均为0.010 kg。实验步骤如下:图(a)(1)将5个钩码全部放入小车中,在长木板左下方垫上适当厚度的小物块,使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑。(2)将n(依次取n=1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端,其余N-n个钩码仍留在小车内;用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车,同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s,绘制s-t图像,经数据处理后可得到相应的加速度a。(3)对应于不同的n的a值见下表。n=2时的s-t图像如图(b)所示;由图(b)求出此时小车的加速度(保留2位有效数字),将结果填入下表。n12345a/m·s-20.20 0.580.781.00 (4)利用表中的数据在图(c)中补齐数据点,并作出a-n图像。从图像可以看出:当物体质量一定时,物体的加速度与其所受的合外力成正比。图(b)图(c)(5)利用a-n图像求得小车(空载)的质量为　　　kg(保留2位有效数字,重力加速度取g=9.8 m·s-2)。 (6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1),下列说法正确的是　　　(填入正确选项前的标号)。 A.a-n图线不再是直线B.a-n图线仍是直线,但该直线不过原点C.a-n图线仍是直线,但该直线的斜率变大
 考点2　牛顿第二定律的应用3.(2018课标Ⅰ,15,6分,)如图,轻弹簧的下端固定在水平桌面上,上端放有物块P,系统处于静止状态。现用一竖直向上的力F作用在P上,使其向上做匀加速直线运动。以x表示P离开静止位置的位移,在弹簧恢复原长前,下列表示F和x之间关系的图像可能正确的是(　　) 三年模拟练应用实践1.(2020云南河口高级中学高三上期末,)为了探究加速度与力的关系,使用如图所示的气垫导轨装置进行实验,其中G1、G2为两个光电门,它们与数字计时器相连,当滑块通过G1、G2光电门时,光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录。滑块连同上面固定的挡光片的总质量为M,挡光片宽度为D,光电门间距离为s,牵引钩码的质量为m。回答下列问题。(1)实验开始前应先调节气垫导轨下面的螺钉,使气垫导轨水平,在不增加其他仪器的情况下,如何判定调节是否到位?答:　。 (2)若取M=0.4 kg,改变m的值,进行多次实验,以下m的取值不合适的一个是　　　　。 A.5 g　　　　　　　　　B.15 gC.40 g D.400 g(3)在此实验中,需要测得每一个牵引力对应的加速度,其中求得的加速度的表达式为:　　　　　　　(用Δt1、Δt2、D、s表示)。 2.(2020山东青州一中高一上月考,)(多选)如图所示,质量为m的小球与弹簧Ⅰ和水平细绳Ⅱ相连,Ⅰ、Ⅱ的另一端分别固定于P、Q两点。小球静止时,Ⅰ中拉力的大小为F1,Ⅱ中拉力的大小为F2,当仅剪断Ⅰ、Ⅱ其中一根的瞬间,球的加速度a应是(　　)A.若剪断Ⅰ,则a=g,方向竖直向下B.若剪断Ⅱ,则a=,方向水平向左C.若剪断Ⅰ,则a=,方向沿Ⅰ的延长线方向D.若剪断Ⅱ,则a=g,方向竖直向上3.(2020天津一中高一上期末,)(多选)高铁已成为重要的“中国名片”,领跑世界。一辆由8节车厢编组的列车,从车头开始的第2、3、6和7共四节为动力车厢,其余为非动力车厢。列车在平直轨道上匀加速启动时,若每节动力车厢牵引力大小均为F,每节车厢质量都为m,每节车厢所受阻力为车厢重力的k倍。重力加速度为g。则(　　)A.启动时车厢对乘客作用力的方向竖直向上B.整列车的加速度大小为C.第2节车厢对第1节车厢的作用力大小为D.第2节车厢对第3节车厢的作用力大小为迁移创新4.()如图所示,停放在水平冰面上的冰车由质量为M、倾角为θ的斜面体改装而成,在斜面体上轻放一质量为m的物块,不计物块与斜面、冰车与冰面之间的摩擦。(1)释放物块后,在物块沿斜面向下运动的同时,冰车也在水平冰面上运动。请画出冰车受力的示意图,并根据示意图说明冰车由静止变为运动的原因(作图时冰车可视为质点)。(2)若冰面上的人在车后方用水平方向的力推车,请分析下列两种可能情况:①当力的大小为F1时,物块在斜面上滑动的同时冰车在冰面上保持静止,求F1和物块加速度的大小a1;②当力的大小为F2时,物块和斜面保持相对静止一起加速运动,求F2和物块加速度的大小a2。(3)第(1)问和第(2)问①所述的两种情況下,小物块对斜面压力的大小不同,分别记为FN1和FN2,请对FN1和FN2的大小关系作出猜想,并说明作出该种猜想的理由。 
答案全解全析五年选考练1.答案　①拉小车的细绳与水平板没有平行;小盘和重物的总质量m没有远小于小车的质量M　②x1∶x2解析　①由题图可知,细绳的方向与水平板不平行,此时拉力沿水平方向的分力为小车受到的合外力,误差较大;小盘和重物的总质量m没有远小于小车的质量M,则细绳对小车的拉力小于小盘和重物的总重力,误差较大。②两小车运动时间相同,根据运动学公式x=at2可得:加速度之比为a1∶a2=x1∶x2。2.答案　(3)0.39(在0.37~0.49范围内都可)　(4)如图所示　(5)0.45(在0.43~0.47范围内都可)　(6)BC解析　(3)由s=at2得:a=,在s-t图像中找一点坐标,代入公式即可求出a。(5)对小车和钩码组成的系统应用牛顿第二定律:nmg=(M+Nm)a,则a==,a-n图像的斜率k=,从而可解出M。(6)对于已平衡摩擦力的情况,对整体应用牛顿第二定律:nmg=(M+Nm)a,则a=n①;对于木板水平的情况,对整体应用牛顿第二定律:nmg-μ[M+(N-n)m]g=(M+Nm)a,整理得:a=n-μg②,比较①②可见,B、C均正确。3.A　设系统静止时弹簧压缩量为x0,由胡克定律和平衡条件得mg=kx0。力F作用在P上后,物块受重力、弹力和F,向上做匀加速直线运动,由牛顿第二定律得,F+k(x0-x)-mg=ma。联立以上两式得F=kx+ma,所以F-x图像中图线是一条不过原点的倾斜直线,故A正确。三年模拟练1.答案　(1)见解析　(2)D　(3)a=解析　(1)取下牵引钩码,滑块放在任意位置都不动;或取下牵引钩码,轻推滑块,数字计时器记录的两个光电门的光束被遮挡的时间相等。(2)在探究加速度与力关系的实验中,钩码的质量与滑块连同上面固定的挡光片的总质量的关系满足m≪M时,才能近似认为滑块受到的拉力等于钩码受到的重力,故D不合适。(3)当滑块通过G1、G2光电门时,光束被遮挡的时间为Δt1、Δt2,对应的速度分别为v1=、v2=,根据2as=-求出加速度a=。2.AB　没有剪断Ⅰ、Ⅱ时小球受力情况如图所示。在剪断Ⅰ的瞬间,由于小球的速度为0,绳Ⅱ上的力突变为0,则小球只受重力作用,加速度为g,选项A正确,C错误;若剪断Ⅱ,由于弹簧的弹力不能突变,F1与重力的合力大小仍等于F2,所以此时加速度a=,方向水平向左,选项B正确,D错误。3.BC　启动时车厢对乘客在竖直方向有向上的支持力,水平方向有沿动车运动方向的摩擦力,两个力的合力方向斜向上方,选项A错误;对整列车,根据牛顿第二定律:4F-8kmg=8ma,解得a=,选项B正确;对第1节车厢,根据牛顿第二定律:F21-kmg=ma,解得F21=,选项C正确;对第1、2节车厢整体,根据牛顿第二定律:F32+F-2kmg=2ma,解得F32=0,根据牛顿第三定律,F23=F32=0,选项D错误。4.答案　见解析解析　(1)冰车的受力示意图如图甲所示,将物块对斜面的压力FN沿水平方向和竖直方向正交分解,可知竖直方向合力为零,水平方向合力不为零,因此冰车在水平方向合力作用下由静止变为运动,且在物块滑离斜面前沿水平冰面做加速运动。甲(2)①冰面上的人在车后方推车时车的受力情况如图乙所示,物块的受力情况如图丙所示。乙丙由于冰车保持静止,对冰车应用牛顿第二定律,水平方向有F1=FN sin θ,对物块应用牛顿第二定律,有F'N=mg cos θ,mg sin θ=ma1,根据牛顿第三定律得FN=F'N,解得a1=g sin θ,F1= mg cos θ sin θ②当物块和冰车保持相对静止一起加速运动时,它们的加速度a2必然沿水平方向,物块的受力示意图如图丁所示。丁对物块应用牛顿第二定律,有 mg tan θ=ma2,对物块和冰车整体应用牛顿第二定律,有F2=(m+M)a2,解得a2=g tan θ,F2=(m+M)g tan θ。(3)猜想:FN1<FN2;理由:第(1)问所述情况中物块沿斜面下滑的同时,冰车沿水平冰面后退,在一小段时间内物块发生的位移x(以冰面为参考系)如图戊所示,物块加速度a的方向与位移x的方向一致。将加速度a沿垂直斜面和平行斜面两方向正交分解,可知,a有垂直斜面向下的分量,可知FN1<mg cos θ;而第(2)问①所述情况中FN2=mg cos θ,因此,FN1<FN2。