高中物理人教版 (2019)必修 第一册第四章 运动和力的关系综合与测试单元测试同步训练题

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第四章　运动和力的关系  本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分，时间90分钟。第Ⅰ卷(选择题　共40分)一、选择题(共12小题，共40分，在每小题给出的四个选项中，第1～8小题只有一个选项符合题目要求，每小题3分；第9～12小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)1．(2022·江西赣州高一期末)下列关于作用力和反作用力的说法中正确的是(　B　)A．一对作用力和反作用力的作用效果可以相互抵消B．一对作用力和反作用力一定属于同一性质的力C．作用力与反作用力只存在于相互接触的两个物体之间D．只有当相互作用的两物体都处于静止时，它们之间的作用力和反作用力大小才相等解析：一对作用力和反作用力因为作用在两个物体上，则作用效果不可以相互抵消，选项A错误；一对作用力和反作用力一定属于同一性质的力，选项B正确；作用力与反作用力不一定存在于相互接触的两个物体之间，也可能存在于不接触的物体之间，例如磁体之间的相互作用，选项C错误；两物体之间的作用力和反作用力大小总是相等的，与物体静止还是运动无关，选项D错误。2．(2022·广东潮南高一期末)一根弯折的硬杆一端固定小球，图A小车在水平面上向右匀速运动；图B小车在水平面上向右匀加速运动；图C小车在水平面上向右匀减速运动；图D小车在粗糙固定斜面上匀速下滑。下列图中杆对小球作用力F的示意图可能正确的是(　B　)解析：小车在水平面上向右匀速运动，杆对小球作用力F与重力平衡，方向竖直向上。故A错误；小车在水平面上向右匀加速运动，杆对小球作用力F与重力的合力水平向右，即F方向右偏上(不一定沿杆)。故B正确；小车在水平面上向右匀减速运动，具有水平向左的加速度，杆对小球作用力F与重力的合力水平向左，即F方向左偏上。故C错误；小车在粗糙固定斜面上匀速下滑，杆对小球作用力F与重力平衡，方向竖直向上。故D错误。3．(2022·山西太原高一期末)从2020年7月起，太原市实施的老旧小区安装电梯的惠民政策，解决了老旧小区中高龄居民上下楼的“大问题”。取竖直向上为正方向，图中记录了一居民乘电梯时速度随时间变化的关系，则以下四个时刻中，人处于超重状态的是(　A　)A．1s　　 B．3s　C．5s　　 D．7s解析：0s～2.1s内电梯和人向上做加速直线运动，加速度的方向竖直向上，人处于超重状态，2.1s～5.5s做匀速直线运动，5.5s～8s内电梯和人向上做减速直线运动，加速度的方向竖直向下，人处于失重状态，则1s时人处于超重状态。4．(2022·湖南师大附中高二期中)如图所示，A、B两个物块叠放在光滑水平地面上，质量分别是2kg和4kg，它们之间的动摩擦因数为0.2，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取g＝10m/s2。现对A施加水平拉力F，要保持A、B相对静止，F不能超过(　C　)A．2N　　　　　　 B．4NC．6N D．8N解析：要使A、B之间不发生相对滑动，它们之间的最大加速度为B在滑动摩擦力产生的加速度的大小，所以最大的加速度为am＝＝＝1m/s2，对整体有F＝(mA＋mB)am＝6×1N＝6N，故C正确，ABD错误。5．(2022·浙江台州高一期末)如图所示，原地纵跳摸高是篮球和羽毛球重要的训练项目。训练过程中，运动员先由静止下蹲一段距离，然后发力跳起摸到了一定的高度。关于摸高过程中各阶段的分析正确的是(　B　)A．运动员到达最高点时处于平衡状态B．运动员离开地面后始终处于失重状态C．运动员离开地面后在上升过程中处于超重状态D．运动员能从地面起跳是由于地面对人的支持力大于人对地面的压力解析：运动员到达最高点时只受重力作用，有竖直向下的加速度，a＝g，处于完全失重状态，故A错误；运动员离开地面后，所受合力向下(不考虑空气阻力合力就是重力，a＝g；考虑空气阻力，上升阶段阻力也向下，合力向下，a>g，下降阶段阻力向上但小于重力，合力还是向下，a<g)，始终有向下的加速度，所以始终处于失重状态，故B正确，C错误；地面对人的支持力与人对地面的压力是作用力与反作用力的关系，一定是等大反向的，故D错误。6．(2022·江西赣州高一期末)如图甲所示，轻弹簧竖直固定在水平面上，一小球从弹簧上端某高度处自由下落，从它接触弹簧到弹簧压缩至最短的过程中(弹簧始终在弹性限度内)，其速度v和弹簧压缩量Δx之间的函数图象如图乙所示，其中Δx＝0.1m对应的点为图线的最高点，则下列说法正确的是(　B　)A．小球刚接触弹簧时速度最大B．当Δx＝0.1m时，小球运动的加速度等于零C．当Δx＝0.1m时，小球处于超重状态D．当Δx＝0.4m时，小球处于失重状态解析：由图像可知，弹簧被压缩Δx＝0.1m时小球的速度最大，此时小球运动的加速度等于零，小球既不失重也不超重，AC错误，B正确；当Δx＝0.4m时，小球向下减速，加速度向上，则小球处于超重状态，D错误。7．(2021·全国甲卷，14)如图，将光滑长平板的下端置于铁架台水平底座上的挡板P处，上部架在横杆上。横杆的位置可在竖直杆上调节，使得平板与底座之间的夹角θ可变。将小物块由平板与竖直杆交点Q处静止释放，物块沿平板从Q点滑至P点所用的时间t与夹角θ的大小有关。若由30°逐渐增大至60°，物块的下滑时间t将(　D　)A．逐渐增大　　　 B．逐渐减小C．先增大后减小 D．先减小后增大解析：设PQ的水平距离为L，由运动学公式可知＝gt2sinθ可得t2＝，可知θ＝45°时，t有最小值，故当θ由30°逐渐增大至60°时下滑时间t先减小后增大。故选D。8．(2022·云南玉溪市高一期末)如图所示，质量为2m的小球用轻弹簧拴接放置于倾角为θ的光滑斜面上，弹簧另一端固定，弹簧与斜面平行，整个系统处于静止状态。突然将斜面体撤离瞬间，小球的加速度大小为(重力加速度为g)(　A　)A．gcosθ B．gtanθC． D．gsinθ解析：撤离斜面体之前，小球处于平衡状态，对小球进行受力分析可得2mgsinθ＝F弹，2mgcosθ＝FN，撤离斜面体的瞬间，支持力突变为零，重力和弹力不变，因此F合＝FN＝2mgcosθ＝2ma，解得a＝gcosθ，故选A。9．(2022·宁夏银川市高一期末)对牛顿第二定律的理解正确的是(　CD　)A．由F＝ma可知，F与a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，加速度随之消失解析：虽然F＝ma，表示牛顿第二定律，但F与a无关，因a是由m和F共同决定的，即a∝，且a与F同时产生、同时消失、同时存在、同时改变；a与F的方向永远相同，A、B错误，C、D正确。10．(2022·四川巴中市高一期末)飞天揽月，奔月取壤，2020年11月24日4时30分，长征五号遥五运载火箭在文昌航天发射场点火升空，顺利将嫦娥五号探测器送入预定轨道，开启我国首次地外天体采样返回之旅。下列关于火箭在竖直方向加速起飞阶段的说法，正确的是(　AC　)A．火箭处于超重状态B．燃料燃烧推动空气，空气反作用力推动火箭升空C．火箭发动机将燃料产生的气体向后推动，气体的反作用推动火箭升空D．保温泡沫塑料从箭壳上自行脱落后，相对地面由静止下落解析：火箭加速上升，处于超重状态，选项A正确；由于反冲运动的作用，火箭燃料燃烧产生的气体给火箭一个反作用力使火箭加速运动，这个反作用力并不是空气给的，故B错误，C正确；保温泡沫塑料从箭壳上自行脱落后，相对地面有向上的速度，选项D错误。11．(2022·天水市第一中学高一开学考试)如图所示，当小车向右加速运动时，物块M相对车厢静止于竖直车厢壁上，当车的加速度增大时(　CD　)A．M受静摩擦力增大 B．M对车厢壁的压力不变C．M仍相对于车厢静止 D．M受静摩擦力不变解析：对物块M受力分析，受重力、静摩擦力和向右的支持力，如图所示根据牛顿第二定律，有：竖直方向Ff＝mg，水平方向FN＝ma，当车的加速度增大时，静摩擦力不变，支持力增加，根据牛顿第三定律可知M对车厢壁的压力增大，物体与车厢壁之间的最大静摩擦变大；物体仍能相对于车厢静止。故选CD。12．(2022·辽宁锦州高一期末)质量为2kg的物体在水平推力F的作用下沿水平面做直线运动，一段时间后撤去F，其运动的v－t图像如图所示。g取10m/s2，从图像中可知(　AB　)A．水平推力的大小8N B．物体与地面间的动摩擦因数为0.2C．前4s内的位移是8m D．前10s内的位移是16m解析：由图看出，前2s与后2s图线的斜率大小相等，则匀加速运动与匀减速运动的加速度大小相等，加速度大小均为a＝＝m/s2＝2m/s2，根据牛顿第二定律得，匀加速运动过程F－μmg＝ma，匀减速运动过程μmg＝ma，联立解得F＝8N，μ＝0.2，故AB正确；v－t图像的“面积”等于位移大小，由几何知识求得，前4s内的位移是x1＝×2×2m＝16m，故C错误；将图象延长到与t轴相交，由几何知识得到，物体匀减速运动到速度为零的时刻为5s末，则前10s内的位移与前5s内的位移相等，得到位移为x2＝x1＋×2×1m＝17m，故D错误；故选AB。第Ⅱ卷(非选择题　共60分)二、填空题(共2小题，共14分。把答案直接填在横线上)13．(6分)(2021·全国甲卷，22)为测量小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数，一同学将贴有标尺的瓷砖的一端放在水平桌面上，形成一倾角为α的斜面(已知sinα＝0.34，cosα＝0.94)，小铜块可在斜面上加速下滑，如图所示。该同学用手机拍摄小铜块的下滑过程，然后解析视频记录的图像，获得5个连续相等时间间隔(每个时间间隔ΔT＝0.20s)内小铜块沿斜面下滑的距离si(i＝1，2，3，4，5)，如下表所示。s1s2s3s4s55.87cm7.58cm9.31cm11.02cm12.74cm由表中数据可得，小铜块沿斜面下滑的加速度大小为__0.43__m/s2，小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数为__0.32__。(结果均保留2位有效数字，重力加速度大小取9.80m/s2)解析：根据逐差法有a＝代入数据可得小铜块沿斜面下滑的加速度大小a≈0.43m/s2对小铜块受力分析根据牛顿第二定律有mgsinα－μmgcosα＝ma代入数据解得μ≈0.32。14．(8分)(2022·河南安阳市林州一中高一开学考试)某实验小组用如图甲所示的实验装置探究加速度与力、质量的关系。请回答下列问题。(1)以小车为研究对象，为了便于探究、减小误差，应使小车质量M与砂桶和砂的总质量m满足：M__远大于__m；(2)图乙是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出，量出相邻的计数点之间的距离分别为xAB＝4.22cm、xBC＝4.65cm、xCD＝5.08cm、xDE＝5.49cm、xEF＝5.91cm、xFG＝6.34cm。已知打点计器所接电源频率为50Hz，则小车的加速度a＝__0.42__m/s2；(结果保留两位有效数字)(3)某次实验测得的数据如表所示，请根据表中数据在坐标图中描点并作出a－图线；(kg－1)4.03.63.02.01.41.0 a/(m·s－2)1.21.10.90.60.40.3 (4)根据a－图线求得合外力大小为__0.30__N。(算结果保留两位有效数字)解析：(1)对小车、砂桶(含砂)整体，由牛顿第二定律知mg＝(m＋M)a得a＝，则小车所受的拉力FT＝Ma＝＝当M≫m时，小车所受的拉力FT在数值上近似等于砂桶(含砂)的总重力mg，因此需满足M≫m。(2)由题意知，相邻两点的时间间隔t＝0.02×5＝0.1s，由逐差法知，小车的加速度a＝＝≈0.42m/s2。(3)图像为(4)在a－图像中，图像的斜率表示小车所受的合外力，其大小为F＝k＝N＝0.30N。三、论述、计算题(本题共4小题，共46分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)15．(8分)(2021·彝良县民族中学高一期末)质量是60kg的人站在升降机中的体重计上，当升降机做下列各种运动时，体重计的读数是多少？(g＝10m/s2)(1)升降机以4m/s2的加速度匀加速上升；(2)升降机以5m/s2的加速度匀加速下降。答案：(1)840N　(2)300N解析：(1)当升降机以4m/s2的加速度匀加速上升时，以人为研究对象，根据牛顿第二定律得F1－mg＝ma1，代入解得F1＝840N。由牛顿第三定律得到人对体重计的压力大小等于F1＝840N，即体重计的读数为840N。(2)当升降机以5m/s2的加速度匀加速下降时，以人为研究对象，根据牛顿第二定律得mg－F2＝ma3，代入解得F2＝300N。由牛顿第三定律得到体重计的读数为300N。16．(8分)(2019·浙江物理，19)小明以初速度v0＝10m/s竖直向上抛出一个质量m＝0.1kg的小皮球，最后在抛出点接住。假设小皮球在空气中所受阻力大小为重力的0.1倍。求小皮球(1)上升的最大高度；(2)上升和下降的时间。答案：(1)m　(2)s　s解析：(1)在上升过程中，mg＋Ff＝ma1a1＝11m/s2上升的高度h＝＝m。(2)上升的时间t1＝＝s在下降过程中mg－Ff＝ma2得a2＝9m/s2h＝a2tt2＝s。17．(14分)(2022·湖南邵阳市高一期末)如图所示，一水平传送带以2m/s的速度做匀速运动，传送带两端的距离为s＝20m，将一可视为质点的物体轻轻地放在传送带一端，物体由这一端运动到另一端所需的时间为t＝11s，取g＝10m/s2，求：(1)物体在皮带上匀加速的时间t1；(2)物体在皮带上匀加速运动的位移x；(3)物体与皮带间的滑动摩擦因数μ。答案：(1)2s　(2)2m　(3)0.1解析：(1)物块在传送带上先加速后匀速，匀加速的时间t1，则t1＋v(t－t1)＝s解得t1＝2s。(2)物体在皮带上匀加速运动的位移x＝t1，解得x＝2m。(3)由公式v＝at，得a＝1m/s2，Ff＝ma，Ff＝μmg，得μ＝0.1。18．(16分)(2022·四川宜宾高一期末)如图甲，为一名滑雪运动员为迎接2022年北京冬奥会的训练画面，其运动过程可简化为如图乙的模型：运动员(可视为质点)沿倾斜滑道由静止开始沿直线匀加速下滑，到达坡底后进入水平滑道沿直线匀减速滑行一段距离后停下。已知运动员及装备的总质量m＝70kg，倾斜滑道的倾角θ＝37°，运动员沿斜面下滑x＝24m到达坡底时的速度大小v＝12m/s。设运动员与整个滑道的动摩擦因数均相同，运动员从倾斜滑道进入水平滑道瞬间的速度大小不变，不计空气阻力，取g＝10m/s2，求：( sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)(1)运动员沿倾斜滑道下滑时的加速度大小；(2)滑道上的动摩擦因数；(3)运动员从静止开始8s内运动的总路程。答案：(1)3m/s2　(2)　(3)43.2m解析：(1)运动员沿斜面下滑时，做初速度为零的匀加速直线运动，加速度设为a1，根据运动学公式v2－v＝2a1x                            ①可得a1＝3m/s2。(2)对运动员受力分析，根据牛顿第二定律mgsinθ－f＝ma1  ②f＝μN  ③N＝mgcosθ  ④解得μ＝。(3)运动员在斜面上的运动时间t1＝运动员在水平滑道上做匀减速直线运动，加速度为a2，根据牛顿第二定律－μmg＝ma2⑤根据运动学公式0－v＝a2t2  ⑥运动员在整个滑行过程中所用的总时间t＝t1＋t2 ⑦得t＝7.2s<8s运动员在水平面上的位移0－v2＝2a2x2  ⑧运动员运动的总路程s＝x＋x2  ⑨解得s＝43.2m。