第4章 运动和力的关系—（原卷+解析）【新教材】人教版（2019）高中物理必修第一册

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人教版高一物理必修第一册课堂同步精选练习第4章 运动和力的关系 达标检测（解析版）一、选择题(共10个小题,每小题5分,共50分。在每小题给出的四个选项中,有一个或一个以上选项符合题目要求,全部选对的得5分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分。)1.在物理学史上,正确认识运动和力的关系且推翻“力是维持物体运动的原因”这个观点的物理学家及建立惯性定律的物理学家分别是(　　)　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　 A.亚里士多德、伽利略 B.伽利略、牛顿C.伽利略、爱因斯坦 D.亚里士多德、牛顿【答案】B　【解析】伽利略通过斜面实验推翻了“力是维持物体运动的原因”这个观点,牛顿在前人的基础上建立了牛顿第一定律(惯性定律),故B正确。2.伽利略根据小球在斜面上运动的实验和理想实验,提出了惯性的概念,从而奠定了牛顿力学的基础。早期物理学家关于惯性有下列说法,其中正确的是　(　　)A.物体抵抗运动状态变化的性质是惯性B.没有力作用时,物体只能处于静止状态C.只有静止或匀速直线运动的物体才具有惯性D.运动物体如果没有受到力的作用,将会停止运动【答案】A　【解析】物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质,叫做惯性,所以物体抵抗运动状态变化的性质是惯性,故A正确;没有力作用,物体也可能做匀速直线运动,故B错误;一切物体都具有惯性,故C错误;运动的物体在不受力时,可以保持匀速直线运动,故D错误。3.关于反作用力在日常生活和生产技术中应用的例子,下列说法中错误的是(　　)A.运动员在跳高时总是要用力蹬地面,才能向上弹起B.大炮发射炮弹时,炮身会倒退C.农田灌溉用的自动喷水器,当水从弯管的喷嘴里喷射出来时,弯管会旋转D.发射火箭时,火箭向下喷气,使火箭上升【答案】B　【解析】大炮发射炮弹时,炮身会倒退,这不是反作用力的应用,而是要防止这种现象发生。其他选项都利用了反作用力。4.有一位外国探险家,到中国进行探险,有一次,他对所到的目的地的地形情况不了解,因此走路非常小心,慢慢前行,由于走进了沼泽地,突然这位探险家往下沉,则下列说法中正确的是(　　)A.在突然下沉时,由于人只受到重力与支持力,所以这两个力平衡B.因为此时人在下沉,所以人受到的支持力小于人对沼泽地的压力C.在人慢慢行走的过程中,存在两对作用力与反作用力D.人下沉的原因是因为重力大于人受到的支持力【答案】D　【解析】当人突然下沉时,人有向下的加速度,处于失重状态,人受到的重力大于人受到的支持力,故D正确,A错误;人受到的支持力与人对沼泽地的压力是作用力与反作用力,大小相同,方向相反,故B错误;人行走时受地面的支持力和人对地面的压力、自身重力和人对地球的吸引力、地面对人的摩擦力和人对地面的摩擦力三对作用力与反作用力,故C错误。5.光滑的水平面上,有一木块以速度v向右运动,一根弹簧固定在墙上,如图所示,木块从与弹簧接触直到使弹簧压缩至最短的过程中木块将做的运动是(　　) A.匀减速运动B.速度减小,加速度增大C.速度减小,加速度减小D.无法确定【答案】B　【解析】木块从与弹簧接触直到弹簧被压缩到最短的过程中,木块竖直方向受到重力与支持力两个力,二力平衡。水平方向受到弹簧向左的弹力,由于弹力与速度方向相反,则木块做减速运动,随着压缩量的增大,弹力增大,由牛顿第二定律可知,加速度增大。故B正确,A、C、D错误。6.如图所示,小车上有一个定滑轮,跨过定滑轮的绳一端系一重球,另一端系在弹簧测力计上,弹簧测力计下端固定在小车上。开始时小车处于静止状态。当小车沿水平方向运动时,小球恰能稳定在图中虚线位置,下列说法中正确的是(　　) A.小球处于超重状态,小车对地面压力大于系统总重力B.小球处于失重状态,小车对地面压力小于系统总重力C.弹簧测力计读数大于小球重力,但小球既不超重也不失重D.弹簧测力计读数大于小球重力,小车一定向右做匀加速运动【答案】C　【解析】小球稳定在题图中虚线位置,则小球和小车有相同的加速度,且加速度水平向右,故小球既不超重也不失重,小车既可以向右做匀加速运动,也可以向左做匀减速运动,故C项正确。7.“蹦极”是一项非常刺激的体育运动,某人身系弹性绳自高空P点自由下落,图中a点是弹性绳的原长位置,c点是人能到达的最低点,b点是人悬吊着处于静止时的平衡位置,人在从P点下落到最低点c的过程中(　　) A.人在Pa段做自由落体运动,处于完全失重状态B.在b点,人处于失重状态C.在bc段绳的拉力小于人的重力,人处于失重状态D.在c点,人的速度为零,其加速度为零【答案】A　【解析】人在Pa段只受重力,故处于完全失重状态,A正确;在b点人所受的合力为零,既不失重也不是超重,故B错误;在bc段绳的拉力大于人的重力,人处于超重状态,故C错误;在c点,人的速度为零,但其加速度不为零,故D错误。8.鱼在水中沿直线水平向左加速游动过程中,水对鱼的作用力方向合理的是(　　) 【答案】D　【解析】鱼在水中受水的浮力保持鱼在竖直方向的平衡,由于水平方向向左加速,故鱼受水平方向向左的外力,故水对鱼的作用力应是浮力与向左推动力的合力,故应斜向左上方,D正确。9.如图所示,甲、乙两人在冰面上“拔河”。两人中间位置处有一分界线,约定先使对方过分界线者为赢。若绳子质量不计,冰面可看成光滑,则下列说法正确的是(　　) A.甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对平衡力B.甲对绳的拉力与乙对绳的拉力是作用力与反作用力C.若甲的质量比乙大,则甲能赢得“拔河”比赛的胜利D.若乙收绳的速度比甲快,则乙能赢得“拔河”比赛的胜利【答案】C　【解析】甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是作用力和反作用力,故A错误;甲对绳的拉力与乙对绳的拉力的一对平衡力,故B错误;若甲的质量比乙大,则甲的加速度比乙的小,可知乙先到分界线,故甲能赢得“拔河”比赛的胜利,故C正确;收绳速度的快慢并不能决定“拔河”比赛的输赢,故D错误。10.马拉车由静止开始做直线运动,以下说法正确的是(　　)A.加速前进时,马向前拉车的力,大于车向后拉马的力B.只有匀速前进时,马向前拉车的力和车向后拉马的力大小才相等C.无论加速或匀速前进,马向前拉车的力与车向后拉马的力大小都是相等的D.车或马是匀速前进还是加速前进,取决于马拉车和车拉马这一对力【答案】C　【解析】马对车的拉力和车对马的拉力是作用力和反作用力,根据牛顿第三定律,两者一定大小相等,与物体的运动状态无关。无论加速或匀速前进,马向前拉车与车向后拉马的力大小都是相等的。作用力和反作用力分别作用在两个物体上,各自产生各自的效果。车或马是匀速前进还是加速前进,取决于车或马的受力情况。二、非选择题(本题共6小题分，满分50分)11.(10分)某研究性学习小组在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,采用如图所示的实验装置,小车及车中砝码的质量用M表示,沙桶和沙的质量用m表示,小车的加速度可由小车后面拉动的纸带经打点计时器打出的点计算得到。 (1)本实验主要用到的物理思想方法是　　　　。 A.理想实验法 B.控制变量法C.假设法 D.极限法(2)关于本实验,下列说法中正确的是　　　　。 A.当m远大于M时,才可以认为绳对小车的拉力大小近似等于沙和沙桶的重力B.平衡摩擦力时,应将沙桶用细线通过定滑轮系在小车上C.改变小车的质量重复实验时,不需要重新平衡摩擦力D.实验时,应先释放小车,后接通打点计时器的电源(3)如图所示为某次实验得到的一条纸带示意图,相邻计数点间还有四个点没有画出。已知打点计时器所接电源的频率为50 Hz。则打“2”点时对应的速度大小是　　　　m/s,纸带在0~6计数点间的加速度大小是　　　　m/s2(答案均保留两位有效数字)。  (4)如图所示是某同学在探究加速度与力的关系时,根据测量数据作出的a-F图线。其中图线不过原点的原因是　　　　　　　　　　　　,图线在末端弯曲的原因是　　　　　　　　　　　　。  【答案】(1)B　(2)C　(3)0.81　2.0　(4)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足　不满足M远大于m【解析】(1)探究加速度与力的关系时,要控制小车质量不变而改变拉力大小;探究加速度与质量关系时,应控制拉力不变而改变小车质量。这种实验方法是控制变量法。故B正确,A、C、D错误。(2)A、根据牛顿第二定律得:对m:mg-T=ma对M:T=Ma解得:T=Mm+Mmg当M≫m时,即小车的质量远大于沙和沙桶的总质量,绳子的拉力近似等于沙和沙桶的总重力。故A错误。B、平衡摩擦力时,应将绳从小车上拿去,轻轻推动小车,使小车沿木板运动,通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否做匀速运动。故B错误。C、每次改变小车的质量时,小车的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消,不需要重新平衡摩擦力。故C正确。D、实验时,如果先释放小车,再接通打点计时器电源,由于小车运动较快,可能会使打出来的点很少,不利于数据的采集和处理。故D错误。(3)计数点间的时间间隔T=0.02 s×5=0.1 s,打“2”点时对应的速度v2=x12+x232T=0.81 m/s,小车的加速度a=(x34+x45+x56)-(x01+x12+x23)9T2=2.0 m/s2。(4)图线不过原点表明当F≠0时,a=0。也就是说当绳子上有拉力时小车的加速度还为0,是没有平衡摩擦力,或平衡摩擦力不足引起的。对m:mg-T=ma对M:T=Ma得:(m+M)a=mg,用mg代替F,变式有:aF=1M+m,当M远大于m时,a-F图象的斜率几乎就是一个定值1M,但m较大时,即不满足M远大于m,斜率会显著地减小,故图线往下偏。12.(6分)某探究学习小组的同学们要验证“牛顿运动定律”,他们在实验室组装了一套如图所示的装置,水平轨道上安装两个光电门,小车上固定有力传感器和挡光板,细线一端与力传感器连接,另一端跨过定滑轮挂上砝码盘。实验时,调整轨道的倾角正好能平衡小车所受的摩擦力(图中未画出)。 (1)该实验中小车所受的合力　　　　(选填“等于”或“不等于”)力传感器的示数,该实验是否需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量?　　　　(选填“需要”或“不需要”)。 (2)实验获得以下测量数据:小车、力传感器和挡光板的总质量M,挡光板的宽度l,光电门1和2的中心距离为x。某次实验过程:力传感器的读数为F,小车通过光电门1和2的挡光时间分别为t1、t2(小车通过光电门2后,砝码盘才落地),已知重力加速度为g,则该实验要验证的关系式是　　　　。 【答案】(1)等于　不需要　(2)F=Ml22x1t22-1t12【解析】(1)由于力传感器显示拉力的大小,而拉力的大小就是小车所受的合力,故不需要让砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量。(2)由于挡光板的宽度l很小,故小车在光电门1处的速度为v1=lt1,在光电门2处的速度为v2=lt2,由v22-v12=2ax,得a=v22-v122x=12xl2t22-l2t12。故验证的关系式为F=Ma=M2xl2t22-l2t12=Ml22x1t22-1t12。13.(6分)一质量为2 kg的物体(视为质点)从某一高度由静止下落,与地面相碰后(忽略碰撞时间)又上升到最高点,该运动过程的v-t图象如图所示。如果上升和下落过程中空气阻力大小相等,求:(1)物体上升的最大高度;(2)物体下落过程中所受的空气阻力的大小。(g取10 m/s2)【答案】(1)1.5 m　(2)4 N【解析】(1)1.0~1.5 s的位移大小即为物体上升的最大高度,则x=vt=6+02×0.5 m=1.5 m(2)物体下落过程中加速度为a=ΔvΔt=8 m/s2,根据牛顿第二定律有:mg-f=ma,得:f=4 N14.(8分)如图所示,质量M=60 kg的人通过光滑的定滑轮拉着m=20 kg的物体,当物体以加速度a=5 m/s2上升时,人对地面的压力多大?(g=10 m/s2)【答案】300 N【解析】对物体m,由牛顿第二定律可得F-mg=ma故绳的拉力F=m(g+a)=20×(10+5) N=300 N对人,由于人静止,则Mg=FN+F则地面对人的弹力FN=Mg-F=300 N由牛顿第三定律,人对地面的压力为300 N。15.(8分)如图所示,一个人用与水平方向成θ=37°角的斜向下的推力F推一个重G=200 N的箱子匀速前进,箱子与地面间的动摩擦因数为μ=0.5(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,g=10 m/s2)。(1)求推力F的大小;(2)若人不改变推力F的大小,只把力的方向变为水平去推这个静止的箱子,推力作用时间t=3 s后撤去,求从改变力的方向到静止箱子滑行的总位移为多大?【答案】(1)200 N　(2)45 m【解析】(1)选箱子为研究对象,其受力分析如图所示。由平衡条件知:F cos 37°=f1=μN,N=G+F sin 37°由以上各式得:F=μGcos37°-μsin37°=0.5×2000.8-0.5×0.6 N=200 N(2)过程及受力分析如图所示。前3 s内:a1=F-f2m=F-μGm=200-0.5×20020 m/s2=5 m/s23 s末:v1=a1t1=5×3 m/s=15 m/s前3 s内的位移:s1=12a1t12=12×5×9 m=22.5 m撤去F后:a2=-μGm=-μg=-0.5×10 m/s2=-5 m/s2由:0-v12=2a2s2得:s2=-v122a2=22510 m=22.5 m所以箱子滑行的总位移:s=s1+s2=22.5 m+22.5 m=45 m16.(12分)如图所示,水平传送带以2 m/s的速度运动,传送带长AB=20 m,今在其左端将一工件轻轻放在上面,工件被带动,传送到右端,已知工件与传送带间的动摩擦因数μ=0.1,(g=10 m/s2)试求:(1)工件开始时的加速度a;(2)工件加速到2 m/s时,工件运动的位移;(3)工件由传送带左端运动到右端的时间。【答案】(1)1 m/s2,方向水平向右　(2)2 m　(3)11 s【解析】(1)工件被放在传送带上时初速度为零,相对于传送带向左运动,受滑动摩擦力向右,大小为Ff=μmg,工件加速度a=μg=0.1×10 m/s2=1 m/s2,方向水平向右。(2)工件加速到2 m/s所需时间为:t0=va=21 s=2 s在t0时间内运动的位移为:x0=12at02=12×1×22 m=2 m(3)由于x0<20 m,故工件达到与传送带同样的速度后与传送带相对静止,一起运动至B端。经过时间t0后,工件做匀速运动的时间为:t1=x-x0v=20-22 s=9 s所以工件由传送带左端运动到右端的时间为:t=t0+t1=11 s