2022-2023学年人教版必修物理第一册专题04运动与力的关系（专题过关）（Word版含解析）

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专题04 运动与力的关系一、单选题（本题共8小题，每小题3分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求）1．（2022·安徽·合肥市第六中学高一期末）科学研究方法对物理学的发展意义深远，实验法归纳法，演绎法。类比法，理想实验法等对揭示物理现象的本质十分重要。下列哪个成果是运用理想实验法得到的（　　）A．伽利略发现“力不是维持物体运动的原因” B．牛顿发现“万有引力定律”C．卡文迪什测出“万有引力常量” D．库仑发现“库仑定律”【答案】A【详解】牛顿发现“万有引力定律”；库伦发现“库仑定律”；卡文迪什测出“万有引力常量”，这些都是建立在大量的实验的基础上直接得出的结论；而伽利略发现“力不是维持物体运动的原因”，是在实验的基础上经过抽象推理得出的结论，即运用了即理想实验法。故选A。2．（2022·陕西·大荔县教学研究室高一期末）关于两个物理量的关系，下列说法正确的是（　　）A．由可知，物体的加速度a与其速度的变化量△v成正比B．由△v=at可知，做匀变速直线运动的物体在时间t内的速度变化量△v与t成正比C．由可知，物体的加速度a与其所受的作用力F成正比D．由可知，物体的质量m与其所受的作用力F成正比【答案】B【详解】A．由可知，时间一定时，物体的加速度a才与其速度的变化量△v成正比，故A错误；B．由△v=at可知，做匀变速直线运动的物体加速度不变，在时间t内的速度变化量△v与t成正比，故B正确；C．由可知，质量一定时，物体的加速度a才与其所受的作用力F成正比，故C错误；D．物体的质量是自身的性质，与其所受作用力无关，故D错误。故选B。3．（2022·浙江·高一期末）如图所示，某人坐地铁时把一根细绳的下端绑着一支圆珠笔，上端用电工胶布临时固定在地铁的竖直扶手上。在地铁某段水平直线行驶运动过程中，细绳偏离竖直方向一定角度θ并保持了一段时间，他用手机拍摄了当时的情景照片，拍摄方向跟地铁前进方向垂直，则可以根据照片信息（　　）A．判断地铁的运动方向 B．判断地铁一定在加速C．估算地铁的速度大小 D．估算地铁的加速度大小【答案】D【详解】对笔受力分析知，笔受竖直向下的重力和沿绳斜向左上的拉力，二力的合力沿地铁运动方向，有解得笔的加速度，也即地铁的加速度为方向向左，但无法判断地铁的运动方向，故无法判断地铁是加速还是减速，也无法估算地铁的速度大小，故ABC错误，D正确。故选D。4．（2022·黑龙江·大庆中学高一期末）如图所示，A、B两球质量相等，光滑斜面的倾角为θ，图甲中，A、B两球用轻弹簧相连，图乙中A、B两球用轻质杆相连，系统静止时，挡板C与斜面垂直，轻弹簧、轻杆均与斜面平行，则在突然撤去挡板的瞬间有（　　）A．两图中两球加速度均为gsinθB．两图中A球的加速度均为0C．图乙中轻杆的作用力一定不为0D．图甲中B球的加速度是图乙中B球的加速度的2倍【答案】D【详解】撤去挡板前，对整体分析，挡板对B球的弹力大小为2mgsinθ，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，图甲中A球所受合力为零，加速度为零，B球所受合力为2mgsinθ，加速度为2gsinθ；图乙中杆的弹力突变为零，A、B球所受合力均为mgsinθ，加速度均为gsinθ，故D正确，ABC错误。故选D。5．（2022·浙江宁波·高一期末）中国高速铁路最高运行时速，被誉为中国“新四大发明”之一。如图所示，在列车某阶段沿水平直线高速行驶的过程中，在列车窗台上，放了一枚直立的硬币，发现硬币始终直立在水平窗台上，这证明了中国高铁极好的稳定性。对于该过程下列判断正确的是（　　）A．列车一定做匀速直线运动B．硬币只受重力和支持力，且处于平衡状态C．硬币可能受到与列车行驶方向相同的摩擦力作用D．列车可能做加速度较小的加速或减速运动，此时硬币也不受摩擦力作用【答案】C【详解】由题意可知列车可能做匀速直线运动，也可能做加速度较小的加速或减速运动，此时硬币不仅受重力和支持力，还受摩擦力，当列车做加速运动时，硬币将受到与列车行驶方向相同的摩擦力作用。综上所述可知ABD错误，C正确。故选C。6．（2022·江苏省灌云高级中学高一期末）近几年，极限运动越来越受到年轻人的喜欢，其中“反向蹦极”是一项比蹦极更刺激的运动。如图所示，弹性轻绳的上端固定在O点，拉长后将下端固定在体验者的身上，并与固定在地面上的力传感器相连，传感器示数为1400N。打开扣环，从A点由静止释放，像火箭一样被“竖直发射”，经B点上升到最高位置C点，在B点时速度最大。人与装备的总质量为70kg（可视为质点）。不计空气阻力，则下列说法不正确的是（　　）A．在C点，人处于失重状态B．在B点，人所受合力为零C．打开扣环瞬间，人的加速度大小为10 m/s2D．从A点到B点上升过程中，人的加速度不断减小【答案】C【详解】A．体验者在最高位置C点时，速度为零，加速度向下，处于失重状态，故A正确；B．在B点时人的速度最大，加速度为零，此时人所受合力为零，故B正确；C．传感器示数为，设此时弹性绳的弹力为F，由平衡条件得打开扣环瞬间，对人由牛顿第二定律得代入数据解得故C错误；D．人从A点到B点过程，弹性绳的拉力大于人的重力，随着人向上运动，弹性绳的伸长量减小，弹性绳的弹力F减小，人所受合力减小，加速度减小，到达B点时弹性绳的弹力与重力大小相等，合力为零，故D正确。本题选不正确项，故选C。7．（2022·北京密云·高一期末）轿车设计师在关注轿车加速性能的同时，提出了“加速度的变化率”的概念，用这一新的概念来描述轿车加速度随时间变化的快慢，轿车的加速度变化率越小，乘坐轿车的人感觉越舒适。如图是一辆汽车在水平公路上行驶时加速度随时间变化的关系图像，取t = 0时速度方向为正方向，则关于加速度变化率以及汽车的运动，下列说法正确的是（   ）A．在4s内，汽车的速度减少了8m/sB．在4s内，汽车做匀减速直线运动C．依据运动学定义方法，“加速度的变化率”的单位是m/s2D．若汽车在t = 0时速度为1m/s，则汽车在7s末的速度大小为10m/s【答案】D【详解】A．由v = at，知在a—t图象中，图象与时间轴所围图形的面积表示物体速度的变化量v，则得在4秒内，汽车的速度减少A错误；B．在4s内，汽车的加速度在减小，但4s内加速度一直为正，则加速度与速度同向，则汽车作加速运动，所以汽车做加速度减小的变加速直线运动，B错误；C．加速度的变化率为，a的单位是m/s2，所以，“加速度的变化率”的单位应该是m/s3，C错误；D．由v = at，知在a—t图象中，图象与时间轴所围图形的面积表示物体速度的变化量v，则得在第7s秒末，汽车的速度解得汽车在7s末的速度大小为10m/s，D正确。故选D。8．（2022·吉林·希望高中高一期末）如图，电梯与水平地面成θ角，一人静止站在电梯水平梯板上，电梯以恒定加速度a启动过程中，水平梯板对人的支持力和摩擦力分别为FN和Ff。若电梯启动加速度减小为，则下面结论正确的是（  ）A．水平梯板对人的支持力变为B．水平梯板对人的摩擦力变为为C．电梯加速启动过程中，人处于失重状态D．水平梯板对人的摩擦力和支持力之比仍为为【答案】B【详解】A当电梯加速度为a时，竖直方向上有：水平梯板对人的支持力：当电梯加速度由a减小为时，在竖直方向上有：水平梯板对人的支持力：故A错误；B当电梯加速度为a时，水平梯板对人的摩擦力为：当电梯加速度由a减小为时，水平梯板对人的摩擦力变为：故B正确；C电梯加速启动过程中，人有向上的加速度，处于超重状态而不是失重状态。故C错误；D水平梯板对人的摩擦力和支持力之比为：故D错误。二、多选题（本题共4个小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，有多项答合题目要求，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分）9．（2022·山东泰安·高一期末）如图所示，是某同学站在压力传感器上做下蹲或起立的动作时记录的力随时间变化的图线，由图线可以得到正确的信息是（  ）A．该同学做了两次下蹲动作B．该同学做了四次下蹲动作C．下蹲过程中人处于先失重后超重的状态D．起立过程中人处于先失重后超重的状态【答案】AC【详解】人下蹲过程中有失重和超重两个过程，先是加速下降失重，到达一个最大速度后再减速下降超重，对应先失重再超重；起立过程中对应先超重再失重，对应图象可知，该同学做了两次下蹲-起立的动作。故选AC。10．（2022·甘肃·甘南藏族自治州合作第一中学高一期末）如图所示，一辆质量较大的小车停放在粗糙水平面上，用酒精灯加热一段时间后塞子喷出，此过程小车始终静止。下列说法正确的是（　　）A．塞子喷出的瞬间，塞子受到的冲击力与小车受到的冲击力大小相等B．塞子喷出前，小车受地面的摩擦力方向水平向右C．塞子喷出的瞬间，小车对水平面的压力大于小车整体的重力D．若减小试管内水的质量，则可以增大小车整体的惯性【答案】AC【详解】A．根据牛顿第三定律可知，塞子喷出时塞子受到的冲击力和小车受到的冲击力大小相等，方向相反，A正确；BC．塞子喷出前，把小车和塞子看作整体，由平衡条件可得，小车不受地面的摩擦力，塞子喷出瞬间，试管内的气体对小车整体有斜向左下的作用力，所以小车对水平面的压力大于小车整体的重力，小车受地面的摩擦力方向水平向右，B错误，C正确；D．若减小试管内水的质量，则小车整体的惯性减小，D错误。故选AC。11．（2022·重庆·西南大学附中高一期末）如图所示，倾角为的光滑斜面上用固定的竖直板挡住一个质量为的光滑小球，将整个装放在升降机中，则有（　　）A．升降梯匀速上升时，竖直板对小球的弹力大小为B．升降梯匀速上升时，斜面对小球的弹力大小为C．升降梯加速上升时，小球处于超重状态D．升降梯加速上升时，小球处于失重状态【答案】AC【详解】AB．升降梯匀速上升时，对小球受力分析，如图所示设竖直板对小球的弹力为，斜面对小球的弹力为，根据平衡条件得解得故A正确，B错误；CD．升降梯加速上升时，小球的加速度向上，属于超重状态，故C正确，D错误。故选AC。12．（2022·陕西·长安一中高一期末）水平地面上有一质量为m1=4kg的长木板，木板的左端静止放置一质量为m2=2kg的物块，如图（a）所示。从t=0开始，用水平向右的拉力F作用在物块上，F随时间t的变化关系如图（b）所示，其中F1、F2分别为t1、t2时刻F的大小。木板的加速度随时间t的变化关系如图（c）所示。已知木板与地面的动摩擦因数为，物块与木板间的动摩擦因数为。假设最大静摩擦力均与相应的滑动摩擦力相等，重力加速度大小取10，则（　　）A．B．C．在时间段物块与木板加速度相等D．木板加速度所能达到的最大值为【答案】ABC【详解】A．木板与地面间的最大静摩擦力木板与物块间的最大静摩擦力当拉力逐渐增大到F1时，木板首先相对地面发生相对滑动，此时拉力大小为A正确；BD．当拉力达到F2时，木板相对物块发生相对滑动，根据牛顿第二定律，对木板对物块解得此时拉力大小为，木板加速度达到最大值为，B正确，D错误；C．在时间段物块和木板都处于静止状态，时间段物块和木板一起加速，则在时间段物块与木板加速度相等，故C正确。故选ABC。三、非选择题（本题共6小题，共60分）13．（6分）（2022·陕西省黄陵县中学高一期末）某实验小组利用图所示的装置来验证“牛顿第二定律”。（1）小明想用砂桶及砂的重力代替小车受到的合外力，为了减少实验误差，小明做了两方面的调整：a、将木板的___________（选填“左”或“右”）侧垫高，平衡摩擦力；b、调整砂桶及砂的总质量___________（选填“等于”“远小于”或“远大于”）小车的质量。（2）已知小车质量M，重力加速度g以及小车加速度a，若牛顿第二定律成立，则砂桶及砂的质量___________（用已知物理量符号表示）。【答案】     右     远小于     【详解】（1）[1]使小车重力的下滑分力与摩擦力平衡，如图，应将木板右侧垫高。[2]根据牛顿第二定律 ，联立得可知，当砂和砂桶质量m远小于小车质量M时砂和砂桶的重力近似等于小车所受合力。[3]根据牛顿第二定律得14．（8分）（2022·河北张家口·高一期末）某学校物理兴趣小组准备探究“加速度与力和质量的关系”，该小组中一个同学用相关器材安装了实验装置，如图甲所示。（1）实验开始前另一同学发现该实验装置中有一处错误，请指出：___________。（2）（多选）除了装置图中器材外，下列器材中还必须使用的有___________。A． 4～6V低压交流电源    B． 220V、50Hz的交流电源C．天平（或电子秤）        D．刻度尺（3）重新调整好装置之后，实验小组开始实验，如图乙为实验中打出的一条纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹没有标出，测出计数点B、C和D、E点之间的距离为、，如图乙所示。已知打点计时器打点频率为f，则用此纸带上测量的数据计算小车运动的加速度的表达式为___________。（4）保持小车质量一定，改变砂和砂桶的重力，探究“加速度与力的关系”时，甲、乙两位同学根据各自的实验数据分别作出的图线如图丙所示，对A、B图线的分析下列说法正确的是___________。A． A图线不通过原点，可能是因为计算F时未计入砂桶的重力B． A图线不通过原点，可能是因为没有平衡摩擦力C． B图线不通过原点，可能是因为计算F时未计入砂桶的重力D． B图线不通过原点，可能是因为没有平衡摩擦力【答案】     细线与木板不平行     BCD          AD##DA【详解】（1）[1]安装器材时应调节滑轮高度，使细线与木板平行。（2）[2]为了使电火花计时器正常工作，必须有220V、50Hz的交流电源、为了称出物体质量，必须有天平（或电子秤）、为了测量纸带上计数点的点间距，还必须有刻度尺。故选BCD。（3）[3]由逐差法可知又因为有解得（4）[4]B．A图线不通过原点，F为零时加速度不为零，可能是因为平衡摩擦力过度，B错误；D．B图线不通过原点，F达到某个值时物体才开始运动，可能是因为没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不充分，D正确；AC．设沙桶的质量为，沙子质量为，小车质量为M。实验时如果计算F时未计入砂桶的重力，则有由牛顿第二定律即会导致图线不通过原点，A正确，C错误。故选AD。15．（8分）（2022·辽宁·高一期末）如图所示，将质量为的小球套在竖直固定的直杆上，小球的直径略大于杆的直径，小球与杆之间的动摩擦因数为。现对小球施加一斜向上的拉力，使其以的加速度开始沿杆向上运动，拉力与杆的夹角为，已知，重力加速度大小为。求的大小。【答案】12N【详解】根据牛顿第二定律可得水平方向根据受力平衡可得又联立解得16．（8分）（2022·贵州·黔西南州金成实验学校高一期末）如图所示，一辆汽车A拉着装有集装箱的拖车B，以速度v1=30m/s进入向下倾斜的直车道。车道每100m下降2m。为使汽车速度在s=200m的距离内减到v2=10m/s，驾驶员必须刹车。假定刹车时地面的摩擦阻力是恒力，且该力的70%作用于拖车B，30%作用于汽车A。已知A的质量m1=2000kg，B的质量m2=6000kg。求汽车与拖车的连接处沿运动方向的相互作用力。取重力加速度g=10m/s2。【答案】880N【详解】汽车沿倾角斜车作匀减速运动，用a表示加速度的大小，有用F表示刹车时的阻力，根据牛顿第二定律有式中设刹车过程中地面作用于汽车的阻力为f，根据题意方向与汽车前进方向相反；用fN表示拖车作用于汽车的力，设其方向与汽车前进方向相同．以汽车为研究对象，由牛顿第二定律有联立以上并代入数据解得N17．（14分）（2022·河南开封·高一期末）如图所示，传送带沿逆时针方向以速度匀速运动，两皮带轮A、B之间的距离，传送带绷紧与水平方向的夹角。将一可视为质点的小物块无初速度地从A端放到传送带上，已知物块与传送带间的动摩擦因数，物块在与传送带相对滑动时能在传送带上留下白色痕迹。已知，，取。求：（1）物块在传送带上运动的时间t；（2）物块相对传送带的位移的大小；（3）白色痕迹的长度s值。【答案】（1）2.2s；（2）3.8m；（3）4m【详解】（1）设物块刚放到传送带上时初速度为0，在物块速度达到前的过程中，由牛顿第二定律有代入数据解得经历的时间为物块运动的位移物块的速度达到之后，有所以物块与传送带共速后继续向下做匀加速运动。由牛顿第二定律可得代入数据解得设物块运动到脱离传送带这一过程经历时间为，则有解得所以此物块在传送带上运动的时间为（2）传送带运动的位移分别为划出痕迹的长度为物块相对传送带的位移为（3）由于，所以痕迹长度为18．（16分）（2022·黑龙江·佳木斯一中高一期末）如图所示，一架质量为M=2kg的小车模型静止在光滑水平面上，车上放置有木板A，木板左端放有可视为质点、质量mB=4kg的小物块B。A、B紧靠车厢前壁，木板A的右端与小车后壁间的距离为x=2m。现对小车施加水平向左的恒力F，使小车从静止开始做匀加速直线运动，经过t0=1s，木板A与车厢后壁发生碰撞，该过程中木板A的加速度大小aA=4m/s2，物体B未从木板A上滑离，已知木板A与小车间的动摩擦因数μ0=0.3，物体B与木板A间的动摩擦因数μ=0.25，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g=10m/s2。（1）求木板A的质量；（2）求力F的大小和t0时间内小车做匀加速直线运动的加速度大小；（3）假设车和木板足够长，现对小车施加水平向左的大小从零开始连续增加的力F，请在图中画出木板受到车厢底板的摩擦力f随拉力F大小变化的图像。（需要写明图像各部分表达式及所有关节点的运算过程和数值）【答案】（1）；（2），；（3）【详解】（1）因物块B与木板A之间的动摩擦力因数为，可知物块B在木板A上滑动的加速度为对木板A，由牛顿第二定律可得解得（2）由位移关系可得解得小车的加速度为对小车由牛顿第二定律可得解得（3）设A与B刚要发生相对滑动时的外力为，对B分析可知对整体分析可得解得对车分析可得解得所以，在F大于零小于等于20N之间，三者一起加速运动，整体分析可得对车分析可得联立解得关系式为当A与车也要发生相对滑动时，此时外力为，对A分析可得对小车分析可得联立解得，所以当F大于20N小于等于26N时，A与B发生相对滑动，当A与车相对静止，对A和小车分析可得对小车分析可得解得当F大于26N时综上所示，可画出木板受到车厢底板的摩擦力f随拉力F大小变化的图像如图所示‍