高中物理学考复习优化练习7牛顿第二定律及其综合应用(含超重与失重)含答案

这是一份高中物理学考复习优化练习7牛顿第二定律及其综合应用(含超重与失重)含答案，共10页。试卷主要包含了某大型游乐场的海豚表演如图所示等内容，欢迎下载使用。
1.光滑水平面上,质量为4 kg的物体在水平推力F1的作用下由静止开始运动,0~2 s内的位移为6 m;质量为2.5 kg的物体在水平推力F2的作用下由静止开始运动,0~3 s内的位移为9 m。则F1与F2的比值为( )
A.1∶3B.3∶4
C.12∶5D.9∶8
2.如图所示,质量为60 kg的人站在水平地面上,用定滑轮装置将质量为m=40 kg的重物送入井中。当重物以2 m/s2的加速度加速下落时,忽略绳子和定滑轮的质量及绳子与定滑轮间的摩擦及空气阻力,g取10 m/s2,则人对地面的压力大小为( )
A.200 NB.920 N
C.320 ND.280 N
3.(2022浙江温州高二月考)一辆货车载着完全相同的圆柱形空油桶,每只油桶的质量均为m。油桶平整排列在车厢底层,相互紧贴并被牢牢固定,上一层只有一只油桶c,自由地摆放在油桶a、b上面,如图所示。汽车沿水平路面行驶过程中油桶c始终和其他油桶间保持相对静止,忽略油桶间的摩擦作用,重力加速度为g。下列说法正确的是( )
A.当货车做匀速直线运动时,油桶a所受的合力为mg
B.当货车做匀速直线运动时,油桶c对a的压力大小为F=33mg
C.当货车做匀速直线运动时,油桶c对a的压力大小为mg
D.当货车向右的加速度增大到33g时,油桶c就脱离a运动到b的右边
4.如图所示为可以盛放一定数量鸡蛋的托盘,假设其中一颗鸡蛋质量45 g。现将这盘鸡蛋平放在加速度大小为5 m/s2的行驶的汽车中,忽略空气阻力,则托盘对这颗鸡蛋的作用力约是( )
N N
N N
5.如图所示,一物块在粗糙的水平面上从A点以一定的初速度开始向右滑行,同时在物块上施加一水平向左大小恒定的拉力F,物块在运动过程中受到水平面的滑动摩擦力大小等于0.6F,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,则物块从A点向右运动到最大距离处所用时间与从右侧最大距离处再回到A点所用时间之比为( )
A.14B.13
C.12D.23
6.水平地面上放着一辆手推小车,小车的水平板上放置一金属桶,金属桶始终与小车保持相对静止,则( )
A.当小车水平向左开始运动时,金属桶不受摩擦力
B.当小车水平向右开始运动时,金属桶受到水平向左的摩擦力
C.当小车水平向右减速运动时,金属桶对小车的摩擦力水平向右
D.当小车水平向左减速运动时,金属桶受到的摩擦力水平向左
7.如图所示,轻质弹簧的上端固定在电梯的天花板上,弹簧下端悬挂一个小铁球,在电梯运行时,乘客发现弹簧的伸长量比电梯静止时的伸长量大,这一现象表明( )
A.电梯一定是在下降
B.电梯一定是在上升
C.电梯的加速度方向一定是向下
D.电梯的加速度方向一定是向上
8.(2021浙江杭州学军中学高一期末)若以向上为正方向,某电梯运动的v-t图像如图所示,则电梯中的乘客( )
A.0~t1时间内处于失重状态
B.t1~t2时间内处于失重状态
C.t4~t5时间内处于超重状态
D.t6~t7时间内处于超重状态
能力提高
9.如图所示,小鸟沿虚线斜向上加速飞行,空气对其作用力可能是( )
A.F1B.F2C.F3D.F4
10.(2021年浙江7月学考)某大型游乐场的海豚表演如图所示。小海豚从水池中冲出,以10 m/s的速度滑过坡道底端的O点,经过1 s向上滑过坡道上A点时速度为3.2 m/s。该坡道为直道,足够长且倾角θ为37°。已知sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,求此小海豚上滑过程中:
(1)滑行的加速度大小;
(2)小海豚和坡道间动摩擦因数μ;
(3)滑过A点还能上行的距离。
11.如图所示为一架能够垂直起降的无人机,无人机的质量为m=2 kg,当无人机在地面上由静止开始以最大升力竖直向上起飞,经时间t=4 s时离地面的高度为h=48 m,已知无人机运动过程中所受空气阻力的大小恒为Ff=4 N,g取10 m/s2。
(1)无人机动力系统所能提供的最大升力为多少?
(2)当无人机悬停在距离地面高度H=180 m处时,无人机由于信号故障突然失去全部升力,由静止开始竖直坠落,若无人机到达地面时速度刚好减为0,则开始下落后经多长时间需要立刻恢复最大升力?
12.(2022浙江杭州高一月考)冬奥会高山滑雪的滑道如图甲所示,滑道可简化为如图乙所示的两个倾角不同的斜面,两斜面间平滑连接,已知斜面AB长L1=100 m、倾角为37°,斜面BC的倾角为11°(sin 11°=0.2),长度足够长。滑雪板质量m=10 kg,质量m0=65 kg的某运动员,从斜面AB的顶端由静止下滑经B点后滑上斜面BC,在距B点L2=25 m的位置速度减小为零后停下,测得他在BC段上的滑行时间是2.5 s,两段运动均可看作匀变速直线运动,g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8。求:
(1)整个滑雪过程中游客的最大速率;
(2)滑雪板与AB段滑道的动摩擦因数;
(3)运动员在BC段滑行的过程中,运动员所受摩擦力的大小。
优化集训7 牛顿第二定律及其综合应用(含超重与失重)
1.C 解析 由位移公式得x1=12a1t12,由牛顿第二定律得F1=m1a1,两式联立解得F1=12 N;同理可得F2=5 N,则F1∶F2=12∶5,C项正确。
2.D 解析 先以重物为研究对象,重物受到重力与绳子的拉力,根据牛顿第二定律,有mg-F=ma,则F=m(g-a)=40×(10-2)N=320 N;再以人为研究对象,人在重力m0g、绳子的拉力F、地面的支持力FN这三个力的作用下,处于平衡状态,根据平衡条件有m0g=F+FN,则FN=m0g-F=600 N-320 N=280 N,由牛顿第三定律可知,人对地面的压力大小为FN'=FN=280 N,选项D正确。
3.B 解析 当货车做匀速直线运动时,油桶a处于平衡状态,所受合力为零,故A错误;当货车做匀速直线运动时,根据对称性可知,a、b对c的支持力大小相等,且方向之间的夹角为60°,则根据平衡条件有2FNcs 30°=mg,解得FN=3mg3,根据牛顿第三定律可知油桶c对a的压力大小为F=FN=3mg3,故B正确,C错误;假设当货车向右的加速度增大到a0时,c和b之间的作用力恰好为零,则根据牛顿第二定律和力的合成有tan 60°=mgma0,解得a0=33g,此时c不可能脱离a运动到b的右边,故D错误。
4.C 解析 对鸡蛋进行受力分析,可知在竖直方向上,鸡蛋受到蛋托对其的支持力,
FN=G=mg=0.045×10 N=0.45 N
在水平方向上根据牛顿第二定律可得
F=ma=0.045×5 N=0.225 N
则合力为F合=FN2+F2=0.50 N,故选C。
5.C 解析 向右滑动时,F+0.6F=ma1,x=12a1t12,当物块向左运动时,F-0.6F=ma2,x=12a2t22,求得t1t2=12,C项正确。
6.C 解析 当小车水平向左开始运动时,加速度a的方向向左,金属桶受到向左摩擦力,A错误;当小车水平向右开始运动时,加速度a的方向向右,金属桶受到水平向右的摩擦力,B错误;当小车水平向右减速运动时,加速度a的方向向左,金属桶受到向左的摩擦力,再由牛顿第三定律,金属桶对小车的摩擦力水平向右,C正确;当小车水平向左减速运动时,金属桶受到的摩擦力水平向右,D错误。
7.D 解析 在电梯运行时,乘客发现弹簧的伸长量比电梯静止时的伸长量大,弹簧的弹力增大了,弹力大于铁球的重力,根据牛顿第二定律得知,小球的加速度方向一定向上,而速度方向可能向上,也可能向下,电梯可能加速上升,也可能减速下降,故选D。
8.D 解析 由v-t图像可知,0~t1时间内,电梯的加速度为正,说明电梯在加速上升,乘客处于超重状态,故A错误;在t1~t2时间内,电梯的加速度为0,乘客做匀速运动,既不超重也不失重,故B错误;在t4~t5时间内,电梯在加速下降,则加速度的方向向下,该乘客处于失重状态,故C错误;在t6~t7时间内,电梯在减速下降,则加速度的方向向上,该乘客处于超重状态,故D正确。
9.B 解析 小鸟沿虚线斜向上加速飞行,说明合力方向沿虚线向上,只有F2和重力的合力可能沿虚线向上,故选B。
10.解析 (1)小海豚向上滑动时加速度大小为a
-a=vA-v0t
得a=6.8 m/s2。
(2)根据牛顿第二定律mgsin θ+μmgcs θ=ma
得μ=0.1。
(3)小海豚继续向上滑动距离为x
由vA2=2ax
得x=vA22a=0.75 m。
答案 (1)6.8 m/s2 (2)0.1 (3)0.75 m
11.解析 (1)无人机提供最大升力时,设其向上的加速度为a1,根据位移公式h=12a1t2
解得a1=6 m/s2
设无人机动力系统所能提供的最大升力为F,根据牛顿第二定律F-mg-Ff=ma1
解得F=36 N。
(2)无人机失去升力竖直坠落时的加速度为a2,则
a2=mg-Ffm=8 m/s2
设刚开始下落经t1时间需要恢复最大升力,恢复最大升力时的速度为v1=a2t1
下落的高度为h1=v122a2
恢复最大升力后,加速度为a3,则
a3=F+Ff-mgm=10 m/s2
从恢复到下落到地面的位移h2=v122a3
利用h1+h2=H
解得v1=40 m/s
t1=5 s。
答案 (1)36 N (2)5 s
12.解析 (1)从B到C阶段vm2tBC=L2
解得vm=20 m/s。
(2)设在滑道AB上下滑时的加速度为a1,则有vm2=2a1L1
得a1=2 m/s2
根据牛顿第二定律得
(m0+m)gsin 37°-μ(m0+m)gcs 37°=(m0+m)a1
得μ=0.5。
(3)运动员在BC段滑行的过程中,加速度为
a2=vmtBC=8 m/s2
对运动员
m0gsin 11°+Ff=m0a2
解得所受摩擦力的大小
Ff=390 N。
答案 (1)20 m/s (2)0.5 (3)390 N