高考物理一轮总复习专题练习7第三章第1讲牛顿三定律的理解含答案

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第三章　牛顿运动定律第1讲　牛顿三定律的理解一、选择题(本题共12小题，1～8题为单选，9～12题为多选)1．为了缓解高三学生学习压力，学校往往会在高考前夕举行拔河比赛，帮助学生释放压力，激情迎考，如图所示。为了分析问题的方便，我们把拔河比赛简化为两个人拔河，如果绳质量不计，且保持水平，甲、乙两人在“拔河”比赛中甲获胜，则下列说法中正确的是(　D　)A．甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力B．甲把乙加速拉过去时，甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力C．只有当甲把乙匀速拉过去时，甲对乙的拉力大小才等于乙对甲的拉力大小D．地面对甲的摩擦力大于地面对乙的摩擦力[解析]　甲乙两人在拔河比赛中，甲拉乙的力与乙拉甲的力是作用力与反作用力的关系，它们一定大小相等，方向相反，作用在同一条直线上，与运动状态是否匀速无关，甲方胜乙方败，主要是因为地面对两人的最大静摩擦力不同造成的结果，最大静摩擦力小的最先滑动，也就先输了比赛，A、B、C错误，D正确，故选D。2．(2022·陕西宝鸡市高三月考)如图所示，放置在水平面上密闭的容器里充满了某种无色液体，在水平外力F的作用下向右做加速运动。设容器后面部分液体密度为ρ1，前面部分液体密度为ρ2，关于容器内液体前后密度的大小比较，正确的是(　C　)A．ρ1＝ρ2　 B．ρ1<ρ2C．ρ1>ρ2　 D．ρ1、ρ2大小无法比较[解析]　因为容器在水平外力F的作用下向右做加速运动，容器后面部分液体密度为ρ1，前面部分液体密度为ρ2，根据牛顿第一定律可知，质量大的物体惯性大，更不容易改变运动状态，故ρ1>ρ2，A、B、D错误，C正确。3．(2022·重庆一中高三月考)高山滑雪是2022年北京冬奥会的重要比赛项目，如图所示为某高山滑雪运动员在倾斜赛道上高速下滑时的情景，以下说法正确的是(　B　)A．赛道对运动员的弹力竖直向上B．运动员对赛道的摩擦力方向沿赛道斜向下C．赛道对运动员的弹力与运动员受到的重力是一对作用力和反作用力D．运动员受到的摩擦力与赛道受到的摩擦力是一对平衡力[解析]　赛道对运动员的弹力垂直于倾斜赛道向上，A错误；运动员相对赛道沿赛道下滑，因此赛道对运动员的滑动摩擦力方向沿赛道斜向上，由牛顿第三定律知，运动员对赛道的摩擦力方向沿赛道斜向下，B正确；赛道对运动员的弹力与运动员受到的重力的受力物体都是运动员，因此不可能是一对作用力和反作用力，C错误；运动员受到的摩擦力与赛道受到的摩擦力，互为施力物体和受力物体，是一对作用力和反作用力，D错误。4．(2022·江苏省丹阳高级中学高三月考)水平仪的主要测量装置是一个内部封有液体的玻璃管，液体中有一气泡，水平静止时，气泡位于玻璃管中央，如图所示。一辆在水平轨道上行驶的火车车厢内水平放置两个水平仪，一个沿车头方向，一个垂直于车头方向。某时刻，气泡位置如图2所示，则此时关于火车运动的说法可能正确的是(　B　)A．加速行驶，且向左转弯B．加速行驶，且向右转弯C．减速行驶，且向左转弯D．减速行驶，且向右转弯[解析]　由题意可知，水平静止或匀速直线运动时，气泡位于玻璃管中央，由图2可以看出：沿车头方向的气泡向车头方向移动，当火车加速时，气泡和液体由于惯性不会随火车立即加速，还会以原来的速度运动，相对火车向后运动，因为气泡密度小于液体密度，所以气泡在液体作用下就向前运动，故C、D错误；垂直于车头方向的装置中气泡处于右端，因原来火车做直线运动，气泡位于中心位置，当火车向右转弯时，气泡和液体由于惯性不会立即随火车右转，还会沿直线运动，所以气泡和液体就相对火车向左运动，因为气泡密度小于液体密度，所以气泡在液体的作用下相对中心位置向右运动；所以此时刻火车应是加速运动且向右转弯，故A错误，B正确。5．如图所示，质量为m的木块在质量为M的长木板上以加速度a水平向右加速滑行，长木板与地面间的动摩擦因数为μ1，木块与长木板间的动摩擦因数为μ2，若长木板仍处于静止状态，则长木板对地面摩擦力的大小和方向一定为(　B　)A．μ1(m＋M)g，向左　 B．μ2mg，向右C．μ2mg＋ma，向右　 D．μ1mg＋μ2Mg，向左[解析]　对木块分析可知受长木板对它水平向左的摩擦力Ff1＝μ2mg，由牛顿第三定律可知，木块对长木板的摩擦力向右，大小为Ff1；由于长木板仍处于静止状态，对长木板受力分析可知，受地面对它的静摩擦力Ff2，方向向左，Ff2＝Ff1＝μ2mg，由牛顿第三定律可知，长木板对地面的摩擦力大小为μ2mg，方向向右，故B正确。6．一物体沿倾角为α的斜面下滑时，恰好做匀速直线运动，若物体以某一初速度冲上斜面，则上滑时物体加速度大小为(　C　)A．gsin α　　　　　　　　 B．gtan αC．2gsin α D．2gtan α[解析]　对物体下滑时进行受力分析，如图(甲)。由于恰好做匀速直线运动，根据平衡知识得mgsin α＝Ff。物体以某一初速度冲上斜面，对物体受力分析，如图(乙)，物体的合力F合＝mgsin α＋Ff＝2mgsin α。根据牛顿第二定律得a＝＝2gsin α。7．(2021·山东临沂期末)在倾角为α的斜面上，带支架的木板上用轻绳悬挂一小球。木板与斜面间的动摩擦因数为μ，当整体沿斜面下滑且小球与木板及支架相对静止时，轻绳与竖直方向的夹角为β。下列说法正确的是(　C　)A．若μ＝0，则β＝0B．若μ＝tan α，则β＝αC．若0<μ<tan α，则0<β<αD．若0<μ<tan α，则β>α[解析]　本题考查整体法和隔离法在牛顿第二定律中的应用。设小球的质量为m1，木板及支架的质量为m2，把木板、支架和小球看成一个整体进行受力分析，根据受力情况可得，沿斜面方向有(m1＋m2)gsin α－f＝(m1＋m2)a，垂直于斜面方向有FN＝(m1＋m2)gcos α，摩擦力f＝μFN，联立解得a＝gsin α－μgcos α，若μ＝0，则a＝gsin α，此时小球沿斜面方向的加速度a＝gsin α，则轻绳的拉力在沿斜面方向的分力为零，此时β＝α，故A错误；若μ＝tan α，则a＝gsin α－μgcos α＝0，此时小球受力平衡，故轻绳的拉力沿竖直方向，大小等于小球的重力，即β＝0，故B错误；若0<μ<tan α，则小球加速度的取值范围为0<a<gsin α，可知轻绳对小球的拉力有沿斜面向上的分力，且分力小于小球重力沿斜面向下的分力，可知0<β<α，故C正确，D错误。8．如图所示，当小车向右加速运动时，物块M相对车厢静止于竖直车厢壁上，当车的加速度增大时(　C　)A．M受静摩擦力增大B．M对车厢壁的压力减小C．M仍相对于车厢静止D．M受静摩擦力减小[解析]　分析M受力情况如图所示，因M相对车厢壁静止，有Ff＝Mg，与水平方向的加速度大小无关，AD错误；水平方向，FN＝Ma，FN随a的增大而增大，由牛顿第三定律知，B错误；因FN增大，物块与车厢壁的最大静摩擦力增大，故M相对于车厢仍静止，C正确。9．(2021·临清市高三期末)牛顿在巨著《自然哲学的数学原理》里定义“惯性是物质固有的属性，是一种抵抗的现象”。物体的惯性可以用其质量来衡量。如图所示，用a、b两根相同的轻细线悬挂两个完全相同的物体，下列说法正确的是(　BC　)A．若突然迅速向下用力拉下面的物体，细线a容易先断B．若突然迅速向下用力拉下面的物体，细线b容易先断C．若缓慢向下用力拉下面的物体，细线a容易先断D．若缓慢向下用力拉下面的物体，细线b容易先断[解析]　两物体看成一个整体，质量大，惯性大，运动状态难改变，下面的物体质量较小惯性小，运动状态容易改变，所以若突然迅速向下用力拉下面的物体，细线b容易先断，则A错误，B正确；向下用力拉下面的物体时，把两物体看成一个整体，质量大，惯性大，运动状态难改变，上面物体难拉动，所以拉力较大，则若缓慢向下用力拉下面的物体，细线a容易先断，所以C正确，D错误。10．(2022·银川高三模拟)如图甲所示，水平地面上轻弹簧左端固定，右端通过滑块压缩0.4 m后锁定，t＝0时解除锁定释放滑块。计算机通过滑块上的速度传感器描绘出滑块的v－t图像如图乙所示，其中Oab段为曲线，bc段为直线，倾斜直线Od是t＝0时的速度图线的切线，已知滑块质量m＝2.0 kg，取g＝10 m/s2。则以下说法正确的是(　BC　)A．滑块与地面间的动摩擦因数为0.3B．滑块与地面间的动摩擦因数为0.5C．弹簧的劲度系数为175 N/mD．弹簧的劲度系数为150 N/m[解析]　根据v－t图线的斜率表示加速度，由题中图像知，滑块脱离弹簧后的加速度大小a＝＝ m/s2＝5 m/s2，由牛顿第二定律得，摩擦力大小为Ff＝μmg＝ma，所以μ＝＝0.5，故A错误，B正确；刚释放时滑块的加速度为a′＝＝ m/s2＝30 m/s2，由牛顿第二定律得kx－Ff＝ma′，代入数据解得k＝175 N/m，故C正确，D错误。11．(2022·福建省武平县高三月考)某物理兴趣小组在实验室做了如下实验：将一轻弹簧竖直固定在水平桌面上，把物体P轻放在弹簧上端，P由静止向下运动，物体的速度v与弹簧的压缩量x间的关系如图中实线所示。若改用物体Q完成同样的过程，其v－x关系如图中虚线所示，则(　BD　)A．Q下落过程中的平均速度是P的2倍B．Q的质量是P的2倍C．P与Q在最低点时的加速度不相等D．P与Q在最低点时的加速度相等[解析]　Q下落过程中的最大位移等于P的2倍，由分析知Q下落过程所用时间不与P的相等，所以Q下落过程中的平均速度不等于P的2倍，A错误；根据平衡点位置关系及平衡位置物体的受力分析可得P、Q分别满足mPg＝kx0，mQg＝k·2x0，可知Q的质量是P的2倍，B正确；Q的质量是P的2倍，Q在最低点时的弹簧压缩量是P的2倍，根据牛顿第二定律得k·2x0－mPg＝mPaP，k·4x0－mQg＝mQaQ，对比可知P与Q在最低点时的加速度相等，C错误，D正确。12．(2022·安徽高三模拟)如图所示，一滑块正从静止的足够长的斜面上匀速下滑，现给滑块施加一个竖直向下的力F，并保持力F大小不变，力F的方向缓慢逆时针旋转至垂直斜面向下。在此过程中，滑块一直向下运动，斜面始终保持静止，则下列说法正确的是(　ABD　)A．滑块的加速度逐渐增大B．小滑块受到的摩擦力逐渐增大C．斜面对地面的压力逐渐变小D．地面对斜面的静摩擦力始终为零[解析]　F大小不变，力F的方向缓慢逆时针旋转至垂直斜面向下的过程中，力F沿斜面向下的分力逐渐减小，垂直于斜面的分力逐渐增大，则小物块受到的摩擦力逐渐增大，物体做减速运动的加速度增大，故AB正确；F的方向缓慢逆时针旋转至垂直斜面向下的过程中，物块对斜面的压力逐渐增大，则物块对斜面的摩擦力逐渐增大，物块对斜面的作用力增大，则斜面对地面的压力逐渐变大，故C错误；无论在小物块上加上什么方向的力，小物块对斜面的压力与小物块对斜面的摩擦力都是以1∶μ的比例增加，则其合力的方向始终竖直向下，斜面便没有运动趋势，始终对地面无摩擦力作用，故D正确。二、非选择题13.如图所示，底座A上装有一根直立杆，其总质量为M，杆上套有质量为m的圆环B，它与杆有摩擦。当圆环从底端以某一速度v向上飞起时，圆环的加速度大小为a，底座A不动，求圆环在升起和下落过程中，水平面对底座的支持力分别是多大？(圆环在升起和下落过程中，所受摩擦力大小不变，重力加速度为g)[答案]　(M＋m)g－ma　(M－m)g＋ma[解析]　当圆环上升时，杆给环的摩擦力方向向下，大小设为f，则环给杆的摩擦力方向向上，大小为f，水平面对底座的支持力大小为N1，则对圆环由牛顿第二定律可得mg＋f＝ma对底座，由平衡条件可得N1＋f－Mg＝0联立解得N1＝(M＋m)g－ma当圆环下降时，杆给环的摩擦力方向向上，大小设为f′，则环给杆的摩擦力方向向下，大小为f′，水平面对底座的支持力大小为N2，则对底座，由平衡条件可得Mg＋f′－N2＝0由题意可知f＝f′，联立解得N2＝(M－m)g＋ma。14．(2021·广东汕头市高三一模)如图甲所示，一本词典放置在水平桌面上，词典的总厚度H＝6 cm，总质量M＝1.8 kg，将一张白纸(质量和厚度均可忽略)夹在词典最深处，白纸距词典上表面的高度为h＝4 cm，如图乙所示，白纸上下表面与书页间，词典与桌面间的动摩擦因数均为μ＝0.3，各接触面间的最大静摩擦力可视为等于滑动摩擦力，白纸受到的压力大小等于压在白纸上方那部分词典的重力，且词典的质量随高度均匀分布。用大小合适的水平拉力向外拉白纸，可带动词典在桌面上运动，重力加速度g＝10 m/s2，求：(1)词典在桌面上运动时桌面对词典的摩擦力和白纸与词典间的最大摩擦力；(2)词典在桌面上运动的最大加速度的大小。[答案]　(1)5.4 N,7.2 N　(2)1 m/s2[解析]　(1)词典在桌面上运动时桌面对词典的摩擦力f1＝μMg，代入数据解得f1＝5.4 N，白纸上方词典的质量m＝M，白纸与词典间的最大摩擦力f2m＝μ·2mg代入数据解得f2m＝7.2 N。(2)词典运动的最大加速度a满足f2m－f1＝Ma，代入数据解得最大加速度a＝1 m/s2。