人教版高中物理必修第一册第4章运动和力的关系测评含答案

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第四章测评一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)1.(2023河北高一联考)压强的单位用国际单位制中的基本单位可表示为(　　)A.kg/(m·s2) B.kg/(m2·s2)C.kg/(m2·s) D.kg/s42.(2023广西钦州高一月考)在观看天宫课堂时,观察到抛出的冰墩墩相对于天宫做匀速直线运动,某同学在地面上也抛出冰墩墩,观察到冰墩墩落向地面。下列说法正确的是(　　)A.地面上抛出的冰墩墩向下掉落,有向下的惯性B.天宫中的冰墩墩由于完全失重,质量为零C.地面上的冰墩墩速度越大,惯性越大D.冰墩墩在天宫中的质量与在地面上的一样大3.某物体由静止开始运动,它所受的合力F随时间t变化的规律如图所示,则在0~t0这段时间的速度v随时间t变化的规律可能是(　　)4.如图所示,在水平向右做匀加速直线运动的平板车上有一圆柱体,其质量为m且与竖直挡板及斜面间均无摩擦,斜面倾角为θ。当车的加速度a突然增大时,斜面对圆柱体的弹力F1和挡板对圆柱体的弹力F2的变化情况是(　　)A.F1增大,F2不变B.F1不变,F2增大C.F1减小,F2增大D.F1增大,F2减小5.假设撑竿跳高运动员从最高处到垫子的高度差为A=5.0 m,从接触海绵垫子到速度为0的整个过程用时约为0.2 s,该过程可视为匀减速直线运动,整个过程忽略空气阻力,g取10 m/s2。则下列说法正确的是(　　)A.运动员接触海绵垫子时的速度大小为2 m/sB.运动员自由下落时间约为2.0 sC.从接触海绵垫子到速度为0,运动员的加速度大小为50 m/s2D.海绵垫子受到的平均作用力是运动员体重的4倍6.(2023江苏南通高一期末)如图所示,完全相同的木块A、B用轻质弹簧连接,在恒力F作用下向右做匀加速直线运动,已知加速度大小为a,木块与地面间的动摩擦因数为μ,取重力加速度为g,在撤去F的瞬间,木块B的加速度为(　　)A.a B.a-μgC.a+μg D.a+2μg7.(2023湖北武汉高一期末)如图所示,一劲度系数为k的轻质弹簧,上端固定,下端连一质量为m的物块A,A放在质量也为m的托盘B上,以FN表示B对A的作用力,x表示弹簧的伸长量。初始时,在竖直向上的力F作用下系统静止,且弹簧处于自然状态(x=0),现改变力F的大小,使B以的加速度匀加速向下运动,g为重力加速度,空气阻力不计,此过程中FN或F随x变化的图像正确的是              (　　)二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)8.(2023北京东城高一期末)如图甲所示,某同学站在体重计上观察超重与失重现象。由稳定的站姿变化到稳定的蹲姿称为“下蹲”过程,由稳定的蹲姿变化到稳定的站姿称为“起立”过程。他稳定站立时,体重计的示数为500 N。关于实验现象,下列说法正确的是              (　　)A.“起立”过程中,支持力先大于重力后小于重力B.“下蹲”过程中,支持力可能出现小于压力的情况C.图乙记录的是他先“下蹲”稳定后又“起立”的过程D.图乙记录的是他完成两次“蹲起”的过程9.(2023福建南平高一期末)如图所示,一足够长的水平传送带以恒定的速度向右传动。将一物体无初速放在皮带左端,以出发时为计时起点,以x、v、a、Ff分别表示物体位移大小、速度大小、加速度大小和所受摩擦力大小。下列关于相关物理量随时间变化图像中,正确的是(　　)10.如图所示,5颗完全相同的象棋棋子整齐叠放在水平面上,第5颗棋子最左端与水平面上的a点重合,所有接触面间的动摩擦因数均相同,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。现将水平向右的恒力F作用在第3颗棋子上,恒力作用一小段时间后,五颗棋子的位置情况可能是(　　)三、非选择题(本题共5小题,共54分)11.(6分)用图甲所示装置测物块与长木板间的动摩擦因数,长木板固定在水平桌面上,圆弧轨道与长木板的上表面相切。光电门安装在长木板上,位置可以调节;物块上固定宽d=2.10 mm的遮光条,从圆弧轨道上某点由静止释放。(1)某次遮光条通过光电门的时间t=0.84 ms,则物块通过光电门的速度v=　　　　 m/s。(结果保留三位有效数字) (2)调节光电门位置,测每次遮光条通过光电门的时间t及对应的物块在长木板上停止后遮光条与光电门之间的距离x。多次测量,得到-x图像如图乙所示,已知图线斜率为k,重力加速度为g,则物块与长木板间的动摩擦因数μ=　　　　。(用已知量的字母表示) (3)本实验中,　　　　(选填“需要”或“不需要”)保证物块必须从圆弧轨道上同一点由静止释放。 12.(10分)(2023江苏南通高一期末)在天宫课堂中我国航天员演示了利用牛顿第二定律测量物体质量的实验。受此启发,某同学利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、轻弹簧和待测物体等器材设计了测量物体质量的实验,如图甲所示,主要步骤如下:甲①将力传感器固定在气垫导轨左端支架上,加速度传感器固定在滑块上;②接通气源,放上滑块,调平气垫导轨;③将弹簧左端连接力传感器,右端连接滑块,拉动滑块使其左端处于A点,由静止释放并开始计时;④计算机采集获取数据,得到滑块所受弹力F、加速度a随时间t变化的图像,部分图像如图乙所示。乙丙回答以下问题:(1)当　　　　　　　　　　　　　　　　　　　时,说明气垫导轨已调水平; (2)该同学从图乙中提取某些时刻F与a的数据,画出a-F图像如图丙中所示,则滑块与加速度传感器的总质量为　　　　 kg(结果保留两位有效数字); (3)该同学在滑块上增加待测物体,重复上述实验步骤,根据下表中数据在图丙中画出新的a-F图像,求出待测物体的质量为　　　　 kg; F/N0.100.220.340.500.62a/(m·s-2)0.300.671.001.501.86(4)若气垫导轨与滑块间的摩擦力不可忽略,则上述过程中待测物体质量的测量值　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。 13.(10分)如图所示的升降机中,用OA、OB两根绳子吊一个质量为20 kg的重物,若OA与竖直方向的夹角θ=37°,OA垂直于OB,且两绳所能承受的最大拉力均为320 N。(1)请判断,随着拉力增大,OA绳先断还是OB绳先断。(2)为使绳子不断,升降机竖直向上的加速度最大为多少?      14.(12分)(2023上海黄浦高一期末)神舟十四号载人飞船成功发射升空,若运载火箭和飞船起飞时的总质量为2.5×105 kg,火箭起飞时推动力为6.0×106 N,运载火箭发射塔高180 m,g取10 m/s2。(1)假如运载火箭起飞阶段推动力不变,忽略空气阻力和火箭质量的变化,运载火箭经多长时间飞离发射塔?(2)求这段时间内飞船中质量为70 kg的航天员对座椅的压力大小。              15.(16分)(2023浙江杭州高一期末)如图所示,为应对火灾等紧急情况,人们设计了如图所示逃生滑梯。只需按下紧急开关,窗外的充气泵就会对气囊开始充气,生成一条连接出口与地面的斜面,人员以正确的姿势从窗口滑梯下来,就能顺利逃离现场了。若沿气囊下滑高度h=3.2 m,气囊所构成的斜面长度为l=6.4 m,一个质量为m=60 kg的人沿气囊滑下时的阻力是Ff=240 N,g取10 m/s2。(1)求该人下滑所需的时间t。(2)人们通过改变斜面长度l以缩短逃生时间(因高度h不可变),出于安全考虑,人员在气囊上加速度不得大于4 m/s2,若阻力大小不变,求轨道的最小长度lmin。 参考答案第四章测评1.A　根据p=知,用国际单位制中的基本单位表示,其单位为=kg/(m·s2),即压强的单位用国际单位制中的基本单位可表示为kg/(m·s2),故A正确。2.D　地面上抛出的冰墩墩向下掉落,是由于重力作用,A错误; 天宫中的冰墩墩处于完全失重状态,但质量与在地面上的一样大,B错误,D正确;惯性只与质量有关,质量越大,惯性越大,C错误。3.D　由题图看出,合力F减小,则由牛顿第二定律得知加速度a减小,而物体由静止开始运动,则加速度与速度同向,物体速度越来越大,在t0时刻加速度为零,速度最大;而v-t图像的斜率表示加速度,纵坐标表示速度,综上可能的为D图。4.B　平板车的加速度沿水平方向,则圆柱体的加速度沿水平方向,对圆柱体受力分析如图所示,因为圆柱体在竖直方向上合力为零,则F1cos θ=mg,当平板车的加速度增大时,斜面对圆柱体的弹力F1不变;水平方向上F2-F1sin θ=ma,加速度增大时,挡板对圆柱体的弹力F2增大。故选B。5.C　由运动规律可得,运动员接触海绵垫子时的速度大小由v2=2gh,解得v=10 m/s,运动员自由下落时间t1==1.0 s,故A、B错误;从接触海绵垫子到速度为0,运动员的加速度大小a==50 m/s2,根据牛顿第二定律F-mg=ma,可得F=6mg,所以根据牛顿第三定律可知海绵垫子受到的平均作用力为6mg,故C正确,D错误。6.D　设A、B的质量都为m,一起向右做匀加速直线运动,对A、B整体由牛顿第二定律可得F-2μmg=2ma,设弹簧弹力为F',对A由牛顿第二定律可得F'-μmg=ma,解得F'=F=m(a+μg),突然将外力F撤去,撤去外力的瞬间,弹簧弹力不变,对B由牛顿第二定律可得F'+μmg=ma',解得木块B的加速度大小为a'=a+2μg,故D正确。7.D　设B对A的作用力FN刚好为零时弹簧的伸长量为x0,则对A有mg-kx0=m,解得x0=,在此之前,根据牛顿第二定律对A有mg-FN-kx=m,解得FN=-kx, FN由开始运动时的线性减小到零,A、B错误;将A、B看成整体,则2mg-F-kx=2m·,解得F=mg-kx,力F由开始运动时的mg线性减小到,此后托盘与物块分离,力F保持不变,C错误,D正确。8.AC　“起立”过程中加速度先向上后向下,先超重后失重,支持力先大于重力后小于重力,故A正确。支持力和压力是一对相互作用力,大小一定相等,故不可能出现支持力小于压力的情况,故B错误。图乙图像中第一次变化,显示支持力先小于重力再大于重力,即先失重后超重,因此为“下蹲”过程;第二变化,显示支持力先大于重力再小于重力,即先超重后失重,因此为“起立”过程,故C正确,D错误。9.BC　物体刚放到传送带到速度增加到与传送带速度相等之前,物体做匀加速直线运动,位移与时间满足x=at2,物体速度和传送带速度相等后,物体做匀速运动,故A错误;物体刚放到传送带到速度增加到与传送带速度相等之前,物体做匀加速直线运动,速度与时间满足v=at,物体速度和传送带速度相等后,物体做匀速运动,速度不再发生变化,故B正确;物体刚放到传送带到速度增加到与传送带速度相等之前,物体做匀加速直线运动,加速度为定值,物体速度和传送带速度相等后,物体做匀速运动,加速度为零,故C正确;物体刚放到传送带到速度增加到与传送带速度相等之前,物体所受的摩擦力恒定,物体速度和传送带速度相等后,物体做匀速运动,所受摩擦力为零,故D错误。10.AD　因3对4的滑动摩擦力为3μmg,小于4和5之间的最大静摩擦力4μmg,则4不可能滑动;同理5也不可能滑动,排除图B;当力F较小时,对1、2、3整体以共同的加速度向右运动,此时如图A所示;当F较大时,2、3之间会产生滑动,由于3对2有摩擦力作用,则1、2的整体要向右移动,故图C错误,图D正确。11.解析 (1)遮光条通过光电门的时间t=0.84 ms,则物块通过光电门的速度v= m/s=2.50 m/s。(2)由牛顿第二定律得μmg=ma,所以a=μg,根据运动学关系可知=2ax,即·x,则=k,解得μ=。(3)本实验中,物块在长木板上运动后,由光电门测量通过光电门时的初速度,故不需要保证物块必须从圆弧轨道上同一点由静止释放。答案 (1)2.50(2)(3)不需要12.解析 (1)当滑块处于静止,加速度传感器的示数为零时或轻推滑块,滑块做匀速运动时,说明气垫导轨已调水平。(2)根据牛顿第二定律F=ma,则a-F图像的斜率为滑块与加速度传感器的总质量的倒数,根据图丙,则有 kg-1=5 kg-1,则滑块与加速度传感器的总质量为m=0.20 kg。(3)滑块上增加待测物体,根据题表中数据在图丙中画出新的a-F图像如下图中Ⅱ所示图线Ⅱ斜率为 kg-1=3 kg-1,则滑块、待测物体与加速度传感器的总质量为m'=0.33 kg,待测物体的质量为Δm=m'-m=0.13 kg。(4)若气垫导轨与滑块间的摩擦力不可忽略,则对滑块,牛顿第二定律表达式为F-μmg=ma,得a=F-μg,知a-F图像的斜率仍为滑块与加速度传感器的总质量的倒数,则待测物体的质量测量值也不变,等于真实值。答案 (1)加速度传感器的示数为零(或滑块处于静止,轻推做匀速运动)(2)0.20(3)图像见解析　0.13(4)等于13.解析 (1)OA垂直于OB,分析物块受力有FTOAsin θ=FTOBcos θ因为θ=37°,所以FTOA>FTOB,故OA绳先断。(2)分析知当OA绳拉力最大时,升降机加速度最大,-mg=ma代入数据可得a=10 m/s2。答案 (1)OA绳先断(2)10 m/s214.解析 (1)以火箭为研究对象进行受力分析,由牛顿第二定律可得F-mg=ma解得a= m/s2=14 m/s2根据匀变速直线运动位移时间关系h=at2可得t= s=5.07 s。(2)以航天员为研究对象,根据牛顿第二定律可得FN-m'g=m'a解得FN=m'(g+a)=70×(10+14) N=1 680 N由牛顿第三定律可知航天员对座椅的压力大小为FN'=FN=1 680 N。答案 (1)5.07 s(2)1 680 N15.解析 (1)设气囊与水平方向夹角为θ,根据几何关系有sin θ=人下滑过程,根据牛顿第二定律mgsin θ-Ff=ma根据匀变速直线运动规律l=at2解得t= s。(2)当加速度a'=4 m/s2时,气囊长度最小,此时sin θ'=根据牛顿第二定律mgsin θ'-Ff=ma'解得lmin=4 m。答案 (1) s　(2)4 m