高中物理鲁科版 (2019)必修 第一册第5章 牛顿运动定律第3节 牛顿第二运动定律测试题

第3节 牛顿第二运动定律

1.对牛顿第二定律的理解正确的是 (　　)

A.由F=ma可知,m与F成正比,m与a成反比

B.牛顿第二定律说明当物体有加速度时,物体才受到外力的作用

C.加速度的方向总跟合外力的方向一致

D.当外力停止作用时,加速度不会消失

答案　C　物体的质量与合外力及加速度均无关。加速度与合外力成正比,与质量成反比。

2.(多选)如图所示,质量为20 kg的物体,受到大小为30 N的水平向右的力的作用向右运动,它与水平面间的动摩擦因数为0.1,则该物体(g取10 m/s2)              (　　)

A.受到的摩擦力大小为20 N,方向向左

B.受到的摩擦力大小为20 N,方向向右

C.运动的加速度大小为1.5 m/s2,方向向左

D.运动的加速度大小为0.5 m/s2,方向向右

答案　AD　Ff=μFN=μmg=20 N,摩擦力方向向左,F-Ff=ma,解得a=0.5 m/s2,方向向右。

3.2020年11月24时30分,我国在文昌航天发射场,用长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程嫦娥五号探测器;火箭飞行约2 200秒后,顺利将探测器送入预定轨道。开启我国首次地外天体的自动采样返回之旅。在这则新闻中,以下判断正确的是              (　　)

A.新闻中涉及的单位“年”是国际单位制中的导出单位

B.“千克米每二次方秒”被定义为“牛顿”,“牛顿”是国际单位制中的导出单位

C.秒是国际单位制中力学三个基本物理量之一

D.所有的物理量都有单位

答案　B　“年”是时间的一个单位,但不是国际单位制中的单位;国际单位制中力学三个基本物理量是:长度、质量、时间,秒是时间的单位,不是物理量,并不是所有物理量都有单位,如前面学过的动摩擦因数就没有单位。

4.(多选)一质量为m的滑块静置于粗糙水平面上,滑块与水平面间的动摩擦因数为μ,在t=0时刻对其施加一个水平方向的作用力F,F的大小随时间的变化规律如图所示,f表示其受到的摩擦力,v表示其速度,a表示其加速度,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,在以下图中对应图像正确的是              (　　)

答案　BD　根据图像可知,滑块所受拉力F随时间正比例增大,当拉力F小于最大静摩擦力时,滑块处于静止状态,摩擦力为静摩擦力,满足f=F,当拉力大于最大静摩擦力时,滑块开始滑动,摩擦力为滑动摩擦力,大小满足f=μmg。滑块滑动前加速度为零,当滑块开始滑动后,由牛顿第二定律可得F-μmg=ma,加速度随时间线性增大,速度将以二次方形式增大。

5.如图所示,有一箱装得很满的土豆,以一定的初速度在水平地面上滑行,箱子与水平地面间的动摩擦因数为μ,做匀减速直线运动,加速度大小为μg,不计其他外力及空气阻力,其中一个质量为m的土豆A相对箱子静止,则A受其他土豆对它的作用力F的大小是              (　　)

A.F=μmg　　　B.F=mg

C.F=mg　　　D.F=mg

答案　D　对土豆A受力分析,F合=ma=μmg,根据平行四边形定则,其他土豆对它的作用力F==mg。

6.能够从物理视角看世界是学习物理的重要目标。下面四张图片展现了生活中常见的情景,其中甲图是自行车无动力沿着斜坡冲下,乙图是靠惯性冲上斜坡,丙图是“托球”动作中乒乓球与球拍一起相对静止向左运动的过程(虚线表示水平方向),丁图是在球架上用竖直挡板卡住静止的足球,各图中的角均相等,忽略空气阻力和一切摩擦,下列说法正确的是              (　　)

A.甲图和乙图中自行车的加速度大小相等、方向相反

B.甲图的自行车和丙图中的乒乓球加速度可能相等

C.丙图中球拍和乒乓球可能一起做匀速直线运动

D.丙图的球拍和丁图的斜面产生的弹力方向相同

答案　D　甲图是自行车无动力沿着斜坡冲下,乙图是靠惯性冲上斜坡,两个图中自行车受力情况相同,可知加速度一定相同;丙图中,乒乓球只受重力和支持力,不可能做匀速直线运动;a甲=g sin θ,a丙=g tan θ;丁图中足球受重力,竖直挡板的弹力,斜面的支持力,丙图的球拍和丁图的斜面产生的弹力方向相同。

7.如图所示,两个光滑斜面体,靠在一起并固定在水平面上,底边CD=DE,斜面体ADE的顶角为θ,斜面体BCD的底角为θ,甲、乙两个球同时从两斜面顶端A、B由静止释放,甲、乙两球在斜面上运动的时间分别为t1、t2,则              (　　)

A.t1=t2　　　B.t1>t2

C.t1<t2　　　D.不能确定t1、t2的大小关系

答案　A　设CD长为L,则=g (cos θ),=g (sin θ),解得t1=t2,所以A项正确。

8.(多选)光滑固定斜面上,当系统静止时,挡板C与斜面垂直,弹簧、轻杆均与斜面平行,A、B质量相等。在突然撤去挡板的瞬间              (　　)

A.两图中两球加速度均为g sin θ

B.两图中A球的加速度均为零

C.图甲中B球的加速度为2g sin θ

D.图乙中B球的加速度为g sin θ

答案　CD　撤去挡板前,对整体分析,挡板对B球的弹力大小为2mg sin θ,因弹簧弹力不能突变,而杆的弹力会突变,所以撤去挡板瞬间,题图甲中A球所受合力为零,加速度为零,B球所受合力为2mg sin θ,加速度为2g sin θ;题图乙中杆的弹力突变为零,A、B球所受合力均为mg sin θ,加速度均为g sin θ,故C、D正确,A、B错误。

9.(多选)如图所示,质量相等的甲、乙两物体(均可视为质点),分别从倾角为60°、30°的光滑斜面的顶点A、B由静止滑下,最后到达斜面的底端D点,A、B、C在同一竖直线上,下列说法正确的是              (　　)

A.甲、乙两物体到达D点的速度大小之比为1∶1

B.斜面对甲、乙两物体的弹力大小之比为1∶

C.甲、乙两物体在斜面中点位置的瞬时速度大小之比为1∶

D.甲、乙两物体在斜面上运动的时间之比为1∶1

答案　BD　设底边DC=L,则物体运动的加速度为a=g sin θ, 根据v2=2ax,则v===,则甲、乙两物体到达D点的速度大小之比为=,A错误;斜面对甲、乙两物体的弹力大小FN=mg cos θ,则弹力大小之比为=1∶,B正确;物体在斜面中点位置的瞬时速度大小v===,甲、乙两物体到达斜面中点位置的速度大小之比为=,C错误;物体在斜面上运动的时间t==,甲、乙两物体在斜面上运动的时间之比为==,D正确。

10.如图所示一足够长的斜面倾角为θ=37°,斜面BC与水平面AB平滑连接,质量m=2 kg的物体静止于水平面上的M点,M点与B点之间的距离L=9 m,物体与水平面和斜面间的动摩擦因数均为μ=0.5,现使物体受到一水平向右的恒力F=14 N作用,运动至B点时撤去该力(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,取g=10 m/s2)。则:

(1)物体到达B点时的速度是多大?

(2)物体沿斜面向上滑行的最远距离是多少?

答案　(1)6 m/s　(2)1.8 m

解析　(1)在水平面上,根据牛顿第二定律可知

F-μmg=ma

解得a== m/s2=2 m/s2

从M点到B点,根据速度位移公式可知=2aL

解得vB== m/s=6 m/s

(2)在斜面上,根据牛顿第二定律可知

mg sin θ+μmg cos θ=ma'

代入数据解得a'=10 m/s2

根据速度位移公式可知0-=-2a'x

解得x== m=1.8 m

11.近几年来,无人机发展迅速,使用广泛。在此次防控新冠肺炎疫情的“大会战”中,用无人机配送紧急医用物资,可有效消除道路限行等因素的影响,又无须人员接触,避免交叉感染。2020年2月12日,某快递公司的一架无人机降落在武汉金银潭医院,顺利将紧急医用物资送至医护人员手中。现将此次运送简化如下:无人机由地面竖直升空,到离地24 m处悬停调整方向,然后沿直线水平飞行一段距离至目标地点正上方处再次悬停,再竖直降落到地面,到达地面时速度恰好为零。假设无人机在上升、平飞、下降的三个过程中,加速及减速的加速度大小均为a(未知量)。已知无人机在加速上升过程中动力系统提供的升力为260 N,无人机连同药品在运动过程中所受空气阻力大小恒为20 N,无人机连同药品总质量为20 kg,重力加速度g取10 m/s2,无人机连同药品可视为质点。

(1)求无人机在加速上升过程中的加速度大小;

(2)求无人机沿水平方向加速运动的过程中动力系统提供的作用力大小(结果可保留根式);

(3)若无人机下落过程中的最大速度限制为6 m/s,求下降的过程中所用的最短时间。

答案　(1)2 m/s2　(2)20 N　(3)7 s

解析　(1)在上升过程中,由牛顿第二定律F1-f-mg=ma,得a=2 m/s2

(2)水平加速过程中,水平方向有Fx-f=ma,则Fx=60 N

竖直方向有Fy=mg=200 N,

则F2==20 N

(3)如果先加速后减速有

2×=18 m<24 m

所以无人机先加速然后匀速一段时间再减速,匀加速时间等于匀减速时间

t1=t3==3 s

加速和减速的总位移2×=18 m

匀速的位移为x=(24-18) m=6 m

匀速的时间t2==1 s

所以下降所用总时间t=t1+t2+t3=7 s

解题思路　根据无人机的受力情况,由牛顿第二定律可得上升过程的加速度,由水平方向有加速度可知水平方向有作用力,根据运动学关系即可解决问题。

解题感悟　本题借用“无人机”和“新冠疫情”的大背景命题,体现了题目与科技前沿、人民生活相结合的思想。既考查了学生的基础知识,又能体现在新情境中筛选有效物理信息的能力。