高中物理人教版 (2019)必修 第一册3 牛顿第二定律课时作业

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册3 牛顿第二定律课时作业，共18页。试卷主要包含了5 m/s2　　　　B，如图,将质量m=0等内容，欢迎下载使用。

第四章　运动和力的关系
3　牛顿第二定律
基础过关练
题组一　对牛顿第二定律的理解
1.(2020山西大学附中高一上期末)(多选)下列对牛顿第二定律的表达式F=ma及其变形公式的理解,正确的是 (易错)
A.由F=ma可知,物体所受的合外力与物体的质量和加速度成正比
B.由m=Fa可知,物体的质量与其所受的合外力成正比,与其运动的加速度成反比
C.由a=Fm可知,物体的加速度与其所受的合外力成正比,与其质量成反比
D.由m=Fa可知,物体的质量可以通过测量它的加速度和它所受到的合外力而求得
2.(2020河南郸城一高高一月考)(多选)关于牛顿第二定律,下列说法中正确的有 (　　)
A.公式F=ma中,各量的单位可以任意选取
B.某一瞬间的加速度只决定于这一瞬间物体所受合外力,而与这之前或之后的受力无关
C.公式F=ma中,F表示物体所受合力,a实际上是作用于该物体上每一个力所产生的加速度的矢量和
D.物体的运动方向一定与它所受合外力方向一致
3.(2021江苏沭阳高二上检测)静止在光滑水平面上的物体,受到一个水平拉力,在力刚开始作用的瞬间,下列说法中正确的是 (　　)
A.物体的速度和加速度均为零
B.物体立即获得加速度和速度
C.物体立即获得速度,但加速度仍为零
D.物体立即获得加速度,但速度仍为零
题组二　牛顿第二定律的简单应用
4.(2021四川攀枝花高一上期末)如图,重为100 N的木箱放在水平地面上,至少要用35 N的水平拉力,才能使它从原地开始运动。木箱从原地移动以后,用30 N的水平拉力,就可以使木箱继续做匀速直线运动。取g=10 m/s2,当用65 N的水平力拉着木箱运动时,木箱的加速度为 (　　)

A.6.5 m/s2　　　　B.3.5 m/s2
C.3.0 m/s2　　　　D.0.3 m/s2
5.(2021辽宁协作校高三上联考)2020年6月至8月,我国南方某些地区连日暴雨,共有433条河流发生超警戒线的洪水。某次无风的情况下,一雨滴在空中下落过程中的速度随时间变化的图像如图所示,则下列说法正确的是 (　　)

A.雨滴下落过程中的加速度可能大于重力加速度
B.雨滴下落过程中的加速度方向发生了变化
C.当匀速运动时,雨滴所受空气阻力等于重力
D.随着雨滴速度的增加,空气阻力逐渐减小
6.(2021北京丰台高一上期中)如图所示,一个两端封闭的玻璃管(也称牛顿管),其中一端有一个开关,玻璃管可以与外界相通。把质量不相同的铁片和羽毛放到玻璃管中,玻璃管竖直放置,让铁片和羽毛从玻璃管上方同时开始下落,观察到铁片总是先落到玻璃管的底端。下列说法正确的是 (　　)

A.铁片先落到底端是因为铁片在玻璃管中受到的阻力小于羽毛受到的阻力
B.铁片先落到底端是因为下落过程中铁片的加速度大于羽毛的加速度
C.铁片与羽毛下落到玻璃管底端的速度大小相等
D.将玻璃管抽成真空状态,铁片依然先落到玻璃管底端
题组三　瞬时加速度的求解
7.(2021湖南衡阳一中高一上月考)如图所示,一根轻质弹簧固定在天花板上,下端系着质量为m的物体A,A的下面再用细绳悬挂另一质量也为m的物体B。平衡时将绳剪断,在此瞬间,A和B的加速度大小分别为 (深度解析)

A.aA=g,aB=0　　　　 B.aA=g,aB=g
C.aA=g,aB=2g　　　　 D.aA=0,aB=g
能力提升练
题组一　牛顿第二定律的理解和应用
1.(2021云南大理高一上期末,)(多选)一辆小汽车迎面与一大型货车相撞。此事件中 (　　)
A.小汽车受到的撞击力更大一些
B.小汽车与大型货车受到的撞击力一样大
C.撞击力对小汽车产生的加速度更大一些
D.撞击力对两辆车产生的加速度一样大
2.(2021北京丰台高一上期中,)如图所示,一顾客乘扶梯上楼,随电梯一起加速运动。在这一过程中,关于顾客的受力分析正确的是 (　　)

A.　　　　B.
C.　　　　D.
3.(2020湖北枣阳一中高一月考,)如图所示,一个小球从竖直立在地面上的轻弹簧正上方某处自由下落,在小球与弹簧开始接触到弹簧被压缩到最短的过程中,小球的速度和加速度的变化情况是 (　　)

A.加速度越来越大,速度越来越小
B.加速度和速度都是先增大后减小
C.速度先增大后减小,加速度方向先向下后向上
D.速度一直减小,加速度先减小后增大
4.(2020江苏南通高一上检测,)(多选)如图甲,某人正通过定滑轮将质量为m的货物提升到高处,滑轮的质量和摩擦均不计,货物获得的加速度a与绳子对货物竖直向上的拉力T之间的函数关系如图乙所示。重力加速度为g。由图可以判断下列说法正确的是 (　　)

A.图线与纵轴的交点M的值aM=-g
B.图线与横轴的交点N的值TN=mg
C.图线的斜率等于货物的质量m
D.图线的斜率等于货物质量的倒数1m
5.(2020北京人大附中高一上期末,)(多选)如图所示,质量为m的小球置于倾角为θ的斜面上,被一个竖直挡板挡住。现用一个水平力F拉斜面,使斜面在水平面上做加速度为a的匀加速直线运动,重力加速度为g,忽略一切摩擦,以下说法正确的是 (　　)

A.斜面对小球的弹力大小为mgcosθ
B.斜面和竖直挡板对小球弹力的合力大小为ma
C.若增大加速度a,斜面对小球的弹力一定增大
D.若增大加速度a,竖直挡板对小球的弹力一定增大
6.(2020北京东城高一上期末,)(多选)如图所示,质量为m2的物体2放在正沿平直轨道向右行驶的车厢底板上,并用竖直细绳通过光滑定滑轮连接质量为m1的物体1,与物体1相连接的绳与竖直方向成θ角,则(物体1和物体2相对车厢静止,重力加速度大小为g) (　　)

A.车厢的加速度大小为g tan θ
B.绳对物体1的拉力大小为m1gcosθ
C.底板对物体2的支持力大小为(m2-m1)g
D.物体2所受底板的摩擦力大小为m2g sin θ
7.(2021吉林长春高三上期末,)如图所示,某科研单位设计了一空间飞行器,质量为m,飞行器从地面起飞时,发动机提供的动力方向与水平方向的夹角α=60°,使飞行器恰好沿与水平方向的夹角θ=30°的直线斜向右上方匀加速飞行,经时间t后,将动力的方向逆时针旋转60°同时适当调节其大小,使飞行器依然可以沿原方向匀减速直线飞行,飞行器所受空气阻力不计。下列说法中正确的是 (　　)

A.飞行器加速时动力的大小等于mg
B.飞行器加速时加速度的大小为32g
C.飞行器减速时动力的大小等于32mg
D.飞行器减速飞行时间t后速度为零
8.(2021安徽定远中学高一上测试,)如图所示,质量为4 kg的物体静止于水平面上。现用大小为40 N、与水平方向夹角为37°的斜向上的力拉物体,使物体沿水平面做匀加速运动(g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)。
(1)若水平面光滑,物体的加速度是多大?
(2)若物体与水平面间的动摩擦因数为0.5,物体的加速度是多大?深度解析








9.(2021湖南邵东创新实验学校高一上月考,)如图,将质量m=0.1 kg的圆环套在固定的水平直杆上。环的直径略大于杆的截面直径。环与杆间的动摩擦因数μ=0.8。对环施加一位于竖直平面内斜向上、与杆夹角θ=53°的拉力F,使圆环以a=4.4 m/s2的加速度沿杆运动,g取10 m/s2,sin 53°=0.8,cos 53°=0.6,求F的大小。





题组二　瞬时加速度的求解
10.(2021湖南长沙高一上期末,)竖直放置的轻弹簧一端固定在水平面上,另一端连接质量为m的物体甲且处于静止状态,将质量为2m的物体乙无初速度地放在物体甲上(如图所示),乙刚放到甲上的瞬间,物体甲的加速度为a,当地重力加速度为g。则 (　　)

A.a=0　　　　 B.a=g2
C.a=2g3　　　　 D.a=g
11.(2020天津一中高一上期末,)如图所示,质量为3 kg的物体A静止在竖直的轻弹簧上面,质量为2 kg的物体B用细线悬挂,A、B间相互接触但无压力,整个系统处于静止状态,g取10 m/s2。某时刻将细线剪断,则剪断细线瞬间 (　　)

A.B的加速度大小为a=4 m/s2
B.A的加速度大小为a=503 m/s2
C.B对A的压力大小为0
D.B对A的压力大小为20 N
题组三　连接体问题
12.(2021湖南长沙雅礼中学高三上月考,)2020年6月28日,长沙地铁3号线正式载客运营。3号线列车采用六节车厢编组,首尾两节车厢为无动力车厢,中间四节车厢为动力车厢。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,每节车厢所受阻力均为车厢重力的k倍,重力加速度为g,则第三节车厢对第四节车厢的作用力大小为 (深度解析)
A.0　　　　 B.F3
C.F+kmg3　　　　 D.2(F+kmg)3

答案全解全析
基础过关练
1.CD　牛顿第二定律的表达式F=ma表明了各物理量之间的数量关系,即已知两个量,可求第三个量。作用在物体上的合外力,可由物体的质量和加速度计算,但并不由它们决定,A错误。质量是物体本身的属性,由物体本身决定,与物体是否受力无关,B错误。由牛顿第二定律知物体的加速度与其所受合外力成正比,与其质量成反比,质量可由其他两个量求得,故C、D正确。
易混易错 对牛顿第二定律理解的三大误区
误认为先有力,后有加速度
物体的加速度和合外力是同时产生的,不分先后
误认为质量与力成正比,与加速度成反比
物体的质量是由自身决定的,与物体所受的合外力和运动的加速度无关
误认为作用力与质量和加速度都成正比
物体所受合外力的大小是由物体的受力情况决定的,与物体的质量和加速度无关
2.BC　F、m和a必须选取国际单位制单位,才可写成F=ma的形式,否则比例系数k≠1,所以选项A错误;牛顿第二定律表述的是某一时刻合外力与加速度的对应关系,它既表明F、m和a三者数值上的对应关系,同时也表明合外力的方向与加速度的方向是一致的,即矢量对应关系,而与速度方向不一定相同,所以选项B正确,选项D错误;作用在物体上的每个力都将各自产生一个加速度,与其他力的作用无关,物体的加速度是每个力所产生的加速度的矢量和,故选项C正确。
3.D　由牛顿第二定律可知,物体受到力的作用,就立即获得加速度,但是,在力刚开始作用的瞬间,物体还没有运动,所以物体的速度为零,故D正确。
4.B　由题意可知,木箱与地面间的滑动摩擦力为30 N,由牛顿第二定律得a=F-fm=65−3010010 m/s2=3.5 m/s2,故选B。
5.C　由v-t图像可知雨滴下落过程中的加速度方向不变,大小减小,最终匀速运动;雨滴下落过程受重力和空气阻力,根据牛顿第二定律有mg-f=ma,所以雨滴的加速度不可能大于g,故A错误。雨滴在匀速运动之前一直加速,所以加速度方向始终竖直向下,故B错误;在匀速运动之前,雨滴做加速度逐渐减小的加速运动,雨滴的加速度减小是因为随着速度的增加空气阻力增大,而最终匀速时空气阻力等于重力,故C正确,D错误。
6.B　铁片先落到底端,下落的时间小于羽毛下落的时间,根据h=12at2 可知,铁片下落过程中的加速度大于羽毛下落过程中的加速度;再根据牛顿第二定律可知mg-f=ma,解得f=mg-ma,由于铁片和羽毛的质量未知,则无法判断受到的阻力大小,故A错误,B正确。根据v2=2ah可知,铁片下落到底端的速度大于羽毛下落到底端的速度,故C错误;将玻璃管抽成真空后,两者均做自由落体运动,根据h=12gt2可知,下落的时间相同,故D错误。
7.B　剪断细绳前,对A、B整体受力分析,受到重力和弹簧的拉力而平衡,则弹簧的拉力F=2mg。剪断细绳的瞬间,物体A依然受弹簧的拉力和重力,根据牛顿第二定律有F-mg=maA,aA=g,方向向上;物体B仅受重力,根据牛顿第二定律可知aB=g,方向向下。故选项B正确。
方法技巧 解决瞬时加速度问题的基本方法
(1)分析原状态(给定状态)下物体的受力情况,求出各力大小(①若物体处于平衡状态,则利用平衡条件;②若处于加速状态,则利用牛顿第二定律)。
(2)分析当状态变化时(剪断细线、剪断弹簧、抽出木板、撤去某个力等),哪些力变化,哪些力不变,哪些力消失(被剪断的线、弹簧中的弹力,发生在被撤去物接触面上的弹力都立即消失)。
(3)求物体在状态变化后所受的合外力,利用牛顿第二定律,求出瞬时加速度。
能力提升练
1.BC　由于力的作用是相互的,则小汽车与大型货车受到的撞击力一样大,故A错误,B正确;根据牛顿第二定律可知,力的大小相同时,质量越小的物体,加速度越大,故C正确,D错误。
2.C　当扶梯加速上升时,在竖直方向上,人受重力和支持力作用,由于有竖直向上的分加速度,所以支持力大于重力;在水平方向上,由于接触面是水平的,且有水平向右的分加速度,所以扶梯对人有水平向右的摩擦力,故C正确。
3.C　在接触的第一个阶段mg>kx,F合=mg-kx,合力方向竖直向下,小球向下运动,x逐渐增大,所以F合逐渐减小,由a=F合m得,a=mg-kxm,方向竖直向下,且逐渐减小,又因为这一阶段a与v都竖直向下,所以v逐渐增大。当mg=kx时,F合=0,a=0,此时速度达到最大。之后,小球继续向下运动,mg 4.ABD　对货物受力分析,受重力mg和拉力T,根据牛顿第二定律,有T-mg=ma,得a=Tm-g。当T=0时,a=-g,即图线与纵轴的交点M的值aM=-g,故A正确;当a=0时,T=mg,故图线与横轴的交点N的值TN=mg,故B正确;图线的斜率表示货物质量的倒数1m,故C错误,D正确。
5.AD　对小球受力分析如图所示,

把斜面对小球的弹力FN2进行正交分解,竖直方向有FN2 cos θ=mg,水平方向有FN1-FN2 sin θ=ma,所以斜面对小球的弹力大小为FN2=mgcosθ,A正确。FN1=ma+mg tan θ。由于FN2=mgcosθ与a无关,故当增大加速度a时,斜面对小球的弹力不变,挡板对小球的弹力FN1随a增大而增大,故C错误,D正确。小球受到的合力大小为ma,故B错误。
6.AB　对物体1进行受力分析,且把拉力FT沿水平方向、竖直方向分解,有

FT cos θ=m1g,FT sin θ=m1a
得FT=m1gcosθ,a=g tan θ,
所以A、B正确。

对物体2进行受力分析有FN+FT'=m2g
Ff静=m2a
且有FT'=FT
解得FN=m2g-m1gcosθ
Ff静=m2g tan θ,
故C、D错误。
7.C　飞行器在空中受推力F和重力G两个力的作用,两个力的合力F合与水平方向成θ=30°角斜向上,如图甲所示,由几何关系得F=3mg,F合=mg,由牛顿第二定律得飞行器的加速度大小a1=F合m=g,故A、B错误。

甲

乙
飞行器在t时刻的速度v=a1t=gt;推力方向逆时针旋转60°,合力的方向与水平方向成30°角斜向下,推力F'跟合力F合'垂直,如图乙所示,F合'=mg sin 30°=12mg,F'=mg cos 30°=32mg,则飞行器的加速度大小a2=F合'm=12g,到最高点的时间为t'=va2=gt12g=2t,故C正确,D错误。
8.答案　(1)8 m/s2　(2)6 m/s2
解析　(1)水平面光滑时,物体的受力情况如图甲所示
由牛顿第二定律有F cos 37°=ma1 ①
解得a1=8 m/s2 ②

(2)水平面不光滑时,物体的受力情况如图乙所示
由牛顿第二定律有F cos 37°-Ff=ma2 ③
由平衡条件有FN'+F sin 37°=mg ④
且Ff=μFN' ⑤
由③④⑤得a2=6 m/s2
方法技巧 坐标系的建立方法
在牛顿第二定律的应用中,采用正交分解法时,在受力分析后,建立直角坐标系是关键。在建立直角坐标系时,不管选取哪个方向为x轴正方向,最后得到的结果都应该是一样的,但在选取坐标轴时,应以解题方便为原则。
9.答案　1 N或9 N
解析　若杆对环无弹力作用,则F sin 53°=mg,得出F=1.25 N
当F<1.25 N时,杆对环的弹力向上,受力如图

由牛顿第二定律有F cos θ-μFN=ma
由平衡条件有FN+F sin θ=mg
解得F=1 N
当F>1.25 N时,杆对环的弹力向下,受力如图

由牛顿第二定律有F cos θ-μFN=ma
由平衡条件有F sin θ=mg+FN
解得F=9 N。
10.C　原来物体甲静止在弹簧上时,弹簧的弹力F=mg;将乙无初速度地放上甲的瞬间,弹簧的弹力不变,将甲、乙看成一个整体,它们具有共同的加速度a,对整体由牛顿第二定律有3mg-F=3ma,解得a=2g3,故C正确。
11.A　剪断细线前,A、B间无压力,则弹簧的弹力F=mAg=30 N;剪断细线的瞬间,弹簧形变量不变,弹力仍为30 N,对A和B整体分析,加速度a=(mA+mB)g-FmA+mB=4 m/s2,所以物体A、B的加速度大小均为4 m/s2,故选项A符合题意,选项B不符合题意。隔离B分析:mBg-FN=mBa,解得FN=mBg-mBa=12 N,由牛顿第三定律可知,B对A的压力大小为12 N,故选项C、D均不符合题意。
12.A　根据牛顿第二定律,对整体有4F-6kmg=6ma,对后三节车厢有2F+T34-3kmg=3ma,解得T34=0,故A正确。
方法技巧 整体法、隔离法的选择技巧
(1)若所求问题不涉及系统内的作用特征,或不涉及过程中的细节问题,应优先选取整体法;
(2)若所求问题涉及系统内的作用特征,应该优先选取受力简单的物体进行隔离;
(3)若所求问题涉及过程中的细节问题,应该优先选取简单的过程进行隔离。