2013届高三总复习单元综合测试卷:第3单元《牛顿运动定律》
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新课标人教版2013届高三物理总复习单元综合测试卷 第三单元《牛顿运动定律》
本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分
试卷满分为100分。考试时间为90分钟。
第Ⅰ卷(选择题,共40分) 一、选择题(本大题包括10小题,每小题4分,共40分。)
1.用恒力作用于质量为m1的物体,使物体产生的加速度大小为a1,该力作用于质量为m2的物体时,物体产生的加速度大小为a2;若将该恒力作用于(m1+m2)质量的物体时,产生的加速度大小为 ( )
A.a1+a2 B.a1-a2
C.a1a2
D.
a1a2
a1+a2
解析:由牛顿第二定律,有 对m1,F=m1a1① 对m2,F=m2a2②
对m1+m2,F=(m1+m2)a③ 解得a=
a1a2
,D对. a1+a2
答案:D
2.一箱苹果在倾角为θ的斜面上匀速下滑,已知箱子与斜面间的动摩擦因数为μ,在下滑过程中处于箱子中间的质量为m的苹果受到其他苹果对它的作用力大小和方向为
( )
A.mgsinθ 沿斜面向下 B.mgcosθ 垂直斜面向上 C.mg 竖直向上 D.1+μ2mg 沿斜面向上
解析:苹果处于平衡状态,由平衡条件,有FN=mg,方向竖直向上,C正确. 答案:C
图1
3.如图1所示,有两个相同材料物体组成的连接体在斜面上运动,当作用力F一定时,m2所受绳的拉力 ( )
A.与θ有关
B.与斜面动摩擦因数有关 C.与系统运动状态有关
m2F,仅与两物体质量有关 m1+m2
解析:只要m1、m2与斜面间的动摩擦因数相同,对整体和隔离m2利用牛顿第二定律可求
m2
得FT=F,答案D.
m1+m2
D.FT=
答案:D
4.下列说法中正确的是 A.静止的火车比高速奔驰轿车的惯性大
B.蹦极运动员离开蹦床上升过程中处于完全失重状态 C.车速越大,刹车滑行的距离越长
D.相互作用中,作用力可以大于反作用力,也可以小于反作用力
( )
解析:质量大惯性大,A对;蹦极运动员上升过程中处于完全失重状态,B对;从初速
v20
度v0运动的汽车在刹车过程中的加速度大小为a时,其刹车距离s=,故C对;作用力与
2a反作用力满足牛顿第三定律,故D错.
答案:ABC
图2
5.如图2,一个盛水的容器底部有一小孔.静止时用手指堵住小孔不让它漏水,假设容器在下述几种运动过程中始终保持平动,且忽略空气阻力,则 ( )
A.容器自由下落时,小孔向下漏水
B.将容器竖直向上抛出,容器向上运动时,小孔向下漏水;容器向下运动时,小孔不向下漏水
C.将容器水平抛出,容器在运动中小孔向下漏水
D.将容器斜向上抛出,容器在运动中小孔不向下漏水
解析:容器抛出后,容器及其中的水均做加速度为g的匀变速运动,容器中的水处于失重状态,水对容器的压强为零,无论如何抛出,水都不会流出.故D项正确.
答案:D
图3
6.如图3中a、b是两个位于固定斜面上的正方形物块,它们的质量相等.F是沿水平方向作用于a上的外力.已知a、b的接触面,a、b与斜面的接触面都是光滑的.正确的说法是 ( )
A.a、b一定沿斜面向上运动 B.a对b的作用力沿水平方向 C.a、b对斜面的正压力相等
D.a受到的合力沿水平方向的分力等于b受到的合力沿水平方向的分力
解析:因F>0,但大小未知,故a、b是向上还是向下运动难以确定,故A错.分析a、b的受力情况可知B、C错误.因接触面均光滑,且a、b质量相等,无论F多大(方向向右),a、b都有共同的加速度,故a、b受到相同的合外力,无论哪个方向.故D正确.
答案:D
图4
7.物体A、B、C均静止在同一水平面上,它们的质量分别为mA、mB、mC,与水平面的动摩擦因数分别为μA、μB、μC,用平行于水平面的拉力F分别拉物体A、B、C,所得加速度
a与拉力F的关系如图4所示,A、B两直线平行,则以下关系正确的是( )
A.mA C.μA=μB=μC D.μA<μB=μC 1 解析:对物体应用牛顿第二定律得:F-μmg=ma,解得:a=F-μg,在a—F图象中, m图线的斜率等于质量的倒数,由图可以得出图线A、B的斜率相同,大于图线C的斜率,即:mA=mB 答案:D 图5 8.有一些问题你可能不会求解,但是你仍有可能对这些问题的解是否合理进行分析和判断.例如从解的物理量单位,解随某些已知量变化的趋势,解在一些特殊条件下的结果等方面进行分析,并与预期结果、实验结论等进行比较,从而判断解的合理性或正确性.举例如下:如图5所示,质量为M、倾角为θ的滑块A放于水平地面上.把质量为m的滑块B放 M+m在A的斜面上,忽略一切摩擦,有人求得B相对地面的加速度a=gsinθ,式中 M+msin2θ g为重力加速度. 对于上述解,某同学首先分析了等号右侧量的单位,没发现问题.他进一步利用特殊条件对该解做了如下四项分析和判断,所得结论都是“解可能是对的”.但是,其中有一项是错误的.请你指出该项 ( ) .. A.当θ=0°时,该解给出a=0,这符合常识,说明该解可能是对的 B.当θ=90°时,该解给出a=g,这符合实验结论,说明该解可能是对的 C.当M?m时,该解给出a=gsinθ,这符合预期的结果,说明该解可能是对的 D.当m?M时,该解给出a=,这符合预期的结果,说明该解可能是对的 sinθsinθ 的,因此,D项错误,为应选项,A、B、C均正确. 答案:D 解析:D项中a= gg,当θ<90°时,sinθ<1,此时a= gsinθ >g,这是不可能出现 图6 9.如图6所示,将质量为m的滑块放在倾角为θ的固定斜面上.滑块与斜面之间的动摩擦因数为μ.若滑块与斜面之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力大小相等,重力加速度为g,则 ( ) A.将滑块由静止释放,如果μ>tanθ,滑块将下滑 B.给滑块沿斜面向下的初速度,如果μ D.用平行于斜面向下的力拉滑块向下匀速滑动,如果μ=tanθ,拉力大小应是mgsinθ 解析:本题考查力学中的基本知识,包括受力分析、牛顿第二定律和运动学的基本知识,意在考查考生是否形成了用牛顿运动定律处理问题的基本思路.对放在斜面上的滑块受力分析,当mgsinθ=μmgcosθ,即μ=tanθ时,滑块受力平衡,若先前静止,则滑块静止;若有向下的初速度,则做匀速运动.A中,μ>tanθ,滑块静止在斜面上不会下滑;B中,滑块要加速下滑;C中,拉力沿斜面向上,滑动摩擦力向下,则拉力的大小为2mgsinθ;D中,滑块沿斜面向下匀速滑动,不需要外力作用. 答案:C 10.以初速度v0竖直向上抛出一质量为m的小物块.假定物块所受的空气阻力f大小不变.已知重力加速度为g,则物块上升的最大高度和返回到原抛出点的速率分别为 ( ) A.和v0 f??2g1+ v20 mg-f mg+fmg mg+fmg-f mg+fmg mg+f?mg? B.和v0 f??2g1+ v20 ?mg?C.和v02f??2g1+ v20 ?mg? D.和v02f??2g1+ v20 ?mg?解析:本题考查牛顿第二定律和运动学知识,意在考查考生运用牛顿第二定律和运动学 知识综合列式求解的能力;上升的过程由牛顿第二定律得:mg+f=ma1,由运动学知识得: v=2a1h,联立解得:h=20 v20 f2g(1+) mg.下落的过程中由牛顿第二定律得:mg-f=ma2,由运动 学知识得:v2=2a2h,将a2和h代入可得:v=mg-fv0,故A正确. mg+f答案:A 二、实验题(11题8分,12题12分,共20分) 图7 11.如图7所示,甲、乙两同学用同一实验装置探究加速度a与F的关系,分别得出不同的图象,则甲、乙两同学实验时选取的________________不同,且大小关系是______. 解析:由a=知,当F甲=F乙时,小车和小车上砝码的质量m乙 Fm图8 12.某同学为了探究物体在斜面上运动时摩擦力与斜面倾角的关系,设计实验装置如图8.长直平板一端放在水平桌面上,另一端架在一物块上.在平板上标出A、B两点,B点处 放置一光电门,用光电计时器记录滑块通过光电门时挡光的时间. 实验步骤如下: ①用游标卡尺测量滑块的挡光长度d,用天平测量滑块的质量m; ②用直尺测量A、B之间的距离s,A点到水平桌面的垂直距离h1,B点到水平桌面的垂直距离h2; ③将滑块从A点静止释放,由光电计时器读出滑块的挡光时间t; ④重复步骤③数次,并求挡光时间的平均值t; ⑤利用所测数据求出摩擦力f和斜面倾角的余弦值cosα; ⑥多次改变斜面的倾角,重复实验步骤②③④⑤,做出f-cosα关系曲线. 图9 (1)用测量的物理量完成下列各式(重力加速度为g): ①斜面倾角的余弦cosα=________; ②滑块通过光电门时的速度v=________; ③滑块运动时的加速度a=________; ④滑块运动时所受到的摩擦阻力f=________. (2)测量滑块挡光长度的游标卡尺读数如图9所示,读得d=________. 解析:本题主要考查游标卡尺的读数、匀变速直线运动规律、牛顿第二定律的应用等知识点,意在考查考生将综合实验分解为单个问题的分析综合能力. h1-h2 (1)由几何知识可知,斜面倾角的正弦值为sinα=,所以余弦值表达式为:cos ss2-(h1-h2)2 α=; s通过光电门的速度等于光电门宽度与所用时间的比值,即 v= dt; 由匀变速直线运动规律可知,滑块运动的加速度 v2d2 a==; 2s2st2 由牛顿第二定律有:mgsinα-f=ma, h1-h2md2 所以f=m(gsinα-a)=mg- 2s2st(2)游标卡尺读数时,主尺读数为36 mm,游标尺的第二条刻度线与主尺刻度线对齐, 故游标尺读数为0.2 mm,所以d=36.2 mm=3.62 cm 12dd22 答案:(1)①s-(h1-h2) ② ③ 2st2sth1-h2d2 ④mg-m (2)3.62 cm 2s2st三、计算题(每小题10分,共40分) 图10 13.固定光滑细杆与地面成一定倾角,在杆上套有一个光滑小环,小环在沿杆方向的推力F作用下向上运动,推力F与小环速度v随时间变化规律如图11所示,取重力加速度g=10 m/s2.求: (1)小环的质量m; (2)细杆与地面间的倾角α. 图11 解析:(1)0~2 s内F1-mgsinα=ma① 由题图知a=0.5 m/s2 2 s后F2=mgsinα② 0.5 由①②得F1-F2=ma,所以m= kg=1 kg. 0.5 (2)由②式得α=30°. 答案:(1)1 kg (2)30° 图12 14.如图12所示,物体从光滑斜面上的A点由静止开始下滑,经过B点后进入水平面(设经过B点前后速度大小不变),最后停在C点.每隔0.2 s通过速度传感器测量物体的瞬时速度,下表给出了部分测量数据.(取重力加速度g=10 m/s2)求: t/s 0.0 0.2 0.4 ? 1.2 1.4 ? v/(m·s-1) 0.0 1.0 2.0 ? 1.1 0.7 ? (1)斜面的倾角α; (2)物体与水平面之间的动摩擦因数μ; (3)t=0.6 s时的瞬时速度v. 解析:(1)物体在斜面上运动时为匀加速运动a1=gsinα Δv1.0-0.0 由题知a1== m/s2=5 m/s2,所以α=30°. Δt0.2-0.0 (2)物体在平面上运动时为匀减速运动,a2=-μg Δv0.7-1.122 a2== m/s=-2 m/s Δt1.4-1.2所以μ=0.2. 1.1-vB(3)物体在平面上运动时,有=-2 1.2-tB得vB-1.1=-2(tB-1.2)① vB-0.0 物体在斜面上运动时,有=5 tB-0.0 得vB=5tB② 由①②解得tB=0.5 s 即t=0.6 s时物体在平面上,设其速度为v v=1.1 m/s-(-2)×(1.2-0.6) m/s=2.3 m/s. 答案:(1)30° (2)0.2 (3)2.3 m/s 15.质量为10 kg的物体在F=200 N的水平推力作用下,从粗糙斜面的底端由静止开始沿斜面运动,斜面固定不动,与水平地面的夹角θ=37°.力F作用2秒钟后撤去,物体在斜面上继续上滑了1.25秒钟后,速度减为零.求:物体与斜面间的动摩擦因数μ和物体 2 的总位移x.(已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10 m/s) 解析:物体上滑的整个过程分为两部分,设施加外力F的过程中物体的加速度为a1,撤去力F的瞬间物体的速度为v,撤去力F后物体上滑的加速度大小为a2,由牛顿第二定律得 Fcosθ-mgsinθ-μ(Fsinθ+mgcosθ)a1= mmgsinθ+μmgcosθ m物体在外力F作用下上滑t1=2 s,v=a1t1 撤去外力F后上滑时间t2=1.25 s,0=v-a2t2 由以上各式可求得μ=0.25,a1=5 m/s2,a2=8 m/s2 a2= 1212 由x=a1t1+a2t2得x=16.25 m. 22 答案:μ=0.25 x=16.25 m 图13 16.如图13所示,传送带与地面倾角θ=37°,从A→B长度为16 m,传送带以10 m/s的速率逆时针转动.在传送带上端A无初速度地放一个质量为0.5 kg的物体,它与传送带之间的动摩擦因数为0.5.求物体从A运动到B所需时间是多少?(sin37°=0.6,cos37°=0.8) 解析:物体的运动分为两个过程:第一个过程是在物体速度等于传送带速度之前,物体做匀加速直线运动;第二个过程是物体速度等于传送带速度以后的运动情况,其中速度刚好相同时的点是一个转折点,此后的运动情况要看mgsinθ与所受的最大静摩擦力的关系.若μ 物体放在传送带上后,开始阶段,由于传送带的速度大于物体的速度,传送带给物体一沿传送带向下的滑动摩擦力Ff,物体受力情况如图14甲所示,物体由静止加速,由牛顿第二定律有mgsinθ+μmgcosθ=ma1,得 a1=10×(0.6+0.5×0.8) m/s2=10 m/s2 物体加速与至传送带速度相等需要的时间 v101t1== s=1 s,t1时间内位移x=a1t21=5 m a1102 由于μ 2 定律有mgsinθ-μmgcosθ=ma2,得a2=2 m/s 设后一阶段物体滑至底端所用的时间为t2,由 1 L-x=vt2+a2t22解得 2 t2=1 s,t2=-11 s(舍去) 所以物体由A→B的时间 t=t1+t2=2 s. 答案:2 s 图14
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