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第三周 牛顿运动定律——高考物理大单元每周拔高练
【知识盘点】
一、明确惯性的概念：
牛顿第一定律揭示了一切物体所具有的一种固有属性——惯性，即物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质。
1、保持“原状”：物体在不受力或所受合外力为零时，惯性表现为使物体保持原来的运动状态。
2、反抗改变：物体在受到外力时，惯性表现为拒绝运动状态改变，惯性越大，物体的运动状态越难以改变。
二、理解力的本质：
力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因。
三、牛顿第一定律与牛顿第二定律的关系：
牛顿第一定律和牛顿第二定律是相互独立的。牛顿第一定律揭示了物体运动的原因和力的作用对运动的影响；牛顿第二定律则定量指出了力和运动的联系。
四、平衡力与作用力、反作用力的比较：
名称 项目 平衡力 作用力与反作用力
相同点 大小相等，方向相反，作用在同一条直线上
不同点 作用对象 同一个物体 两个相互作用的不同物体
作用时间 不一定同时产生、同时消失 一定同时产生、同时消失
力的性质 不一定相同 一定相同
作用效果 可相互抵消 不可抵消
五、牛顿第二定律
1、内容：物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比。加速度的方向与作用力方向相同。
2、表达式：F=ma
3、适用范围：
（1）只适用于惯性参考系（相对于地面静止或匀速直线运动的参考系）。
（2）只适用于宏观物体（相对于分子、原子）、低速运动（远小于光速）的情况。
六、动力学中三个决定关系：
1、力与物体的质量决定加速度。
2、加速度与时间决定速度变化量。
3、速度方向与加速度方向(或合力方向)决定物体的运动性质。
【拔高训练】
1.如图所示，用细绳把一本较厚重的书扎一圈，然后将细绳的一端悬挂起来，另一端用手牵住，分别迅速用力拉细绳和逐渐增大拉力拉细绳，则( )
A.迅速拉时，上段细绳先断 B.迅速拉时，两段细绳同时断
C.逐渐增大拉力时，上段细绳先断 D.逐渐增大拉力时，两段细绳同时断
2.如图所示，要将卡在球筒中的羽毛球取出，可以有多种方案，方案一：一手拿着球筒的中部，另一手用力击打球筒的上端；方案二：手持球筒，使羽毛球与球筒一起下落敲击水平面，假设球筒与水平面碰后速度立即变为零，则( )
A.方案一利用羽毛球的惯性，使其从球筒上端出来
B.方案一利用球筒的惯性，使羽毛球从球筒下端出来
C.方案二利用羽毛球受到的重力，使其从球筒下端出来
D.方案二中球筒敲击水平面后速度变为零，其惯性随之消失
3.有一种游戏，游戏者手持乒乓球拍托球移动，距离大者获胜.若某游戏者在游戏中沿水平面做匀加速直线运动，球拍与乒乓球保持相对静止且球拍平面和水平面之间的夹角为θ，如图所示.设球拍和乒乓球的质量分别为M、m，不计球拍和乒乓球之间的摩擦，不计空气阻力，重力加速度为g，则下列说法正确的是( )
A.游戏者的加速度大小为
B.乒乓球受到的合力大小球拍为
C.球拍对乒乓球的作用力大小为
D.游戏者对球拍的作用力大小为
4.如图，质量为的物体2放在沿平直轨道向右行驶的车厢底板上，并用竖直细绳通过光滑定滑轮连接质量为的物体1，与物体1相连接的绳与竖直方向成θ角，重力加速度为g，则下列说法不正确的是( )
A.车厢的加速度为
B.绳对物体1的拉力为
C.物体2所受底板的摩擦力为
D.底板对物体2的支持力为
5.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，为了能直观判断加速度a与质量m之间的关系，实验中应当( )
A.改变合外力大小，根据实验数据作出图像
B.改变合外力大小，根据实验数据作出图像
C.保持合外力大小不变，根据实验数据作出图像
D.保持合外力大小不变，根据实验数据作出图像
6.货车在运送柱状货物时，常在货物一侧放一个楔子防止货物滑动，示意图如图所示，若柱状货物质量为，楔子质量为，楔子与车厢水平底面间的动摩擦因数，楔子倾角为，不计货物与车厢底面和楔子间的摩擦，且运输过程中货物没有滑动，则货车向右加速时的加速度大小可能为( )
A. B. C. D.
7.如图所示，甲、乙两个物块(均可视为质点)叠放在一起，恰随车厢一起向右做匀加速直线运动，甲与竖直厢壁之间的静摩擦力达最大值，甲的水平上表面与乙之间的静摩擦力也达到最大值。已知乙的质量为m，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g，甲与厢壁间的动摩擦因数为μ，则( )
A.甲、乙整体的加速度大小为 B.乙对甲的作用力大小为
C.甲、乙之间的动摩擦因数为 D.可以求出甲、乙的质量之比
8.如图所示，光滑水平面上放置四个木块，其中的质量均为的质量均为之间用一轻质弹簧相连.现用水平拉力F拉N，使四个木块以同一加速度a向右运动，则在突然撤去F的瞬间，下列说法正确的是( )
A.间的摩擦力变化 B.间的摩擦力不变
C.的加速度大小仍为a D.的加速度大小变为
9.一质量的物体在水平推力F的作用下沿水平面做直线运动，一段时间后撤去F，其运动的图像如图所示。取，则( )
A.在0~6 s内，合力的平均功率为16 W
B.在6~10 s内，合力对物体做功为96 J
C.物体所受的水平推力
D.在时，物体的加速度为
10.利用砚台将墨条研磨成墨汁时讲究“圆、缓、匀”。如图，在研磨过程中，砚台始终静止在水平桌面上。当墨条的速度方向水平向左时( )
A.砚台对墨条的摩擦力方向水平向左
B.桌面对砚台的摩擦力方向水平向左
C.桌面和墨条对砚台的摩擦力是一对平衡力
D.桌面对砚台的支持力与墨条对砚台的压力是一对平衡力
11.如图所示，一个箱子质量为M，放在水平地面上，箱子内有一固定的竖直杆，在杆上套着一个质量为m的圆环，圆环沿着杆匀速下滑，环与杆的摩擦力大小为f，则下列说法中错误的是( )
A.箱子对地面的压力大小等于
B.圆环所受重力大小等于f
C.箱子对地面的压力大小等于
D.地面对箱子的摩擦力大小为f
12.根据牛顿第三定律可判断，下列说法正确的是( )
A.人走路时，地对脚的力大于脚对地的力，所以人往前走
B.物体A静止在物体B上，A的质量是B的100倍，则A对B的作用力大于B对A的作用力
C.以卵击石，石头没有损伤而鸡蛋破，是因鸡蛋对石头的作用力小于石头对鸡蛋的作用力
D.甲、乙两同学手拉手拔河，甲对乙的作用力在任何情况下都与乙对甲的作用力大小相等
13.学校科技活动小组在实验室用力传感器和光电门来验证加速度与力、质量的关系，实验装置如图甲，将光电门固定在长木板上的某点B处，小车从固定的A位置由静止释放，在悬挂槽码的拉动下向左做匀加速直线运动；记录力传感器的示数F、小车的质量m、AB间的距离x和遮光条（质量不计）通过光电门的时间t.
（1）用运动物体拖着纸带通过正在工作的电磁打点计时器测定速度也是实验室里常用的方法.频率为50 Hz的电磁打点计时器的打点间隔是_______s.
（2）本次实验中，下列操作正确的是_______.
A.平衡摩擦时，应将槽码跨过定滑轮拴在小车上
B.调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行
C.保证槽码的质量远小于小车的质量
D.每次改变小车质量后，都需要重新调节长木板的倾斜度
（3）已知遮光条的宽度d，则小车通过光电门的速度大小为_______（用题干中的字母表示）.
（4）改变槽码的质量，把小车由固定的A点静止释放，记录相应的F和t，重复实验.以F为横坐标，以_______（填“t”“”“”或“”）为纵坐标，若描点可得到一条过原点的倾斜直线如图乙，说明加速度a与力F成正比；如果已知倾斜直线的斜率为k，则此次实验小车的质量_______（用题中字母表示）.
14.某兴趣小组“探究小车加速度与合外力的关系”的实验装置如图甲所示.A为小车（质量为M），B为打点计时器C为装有沙的沙桶（沙和沙桶的总质量为m），D为一端带有定滑轮的长木板，电源频率为50 Hz.
（1）下列实验操作中，正确的是______；
A.调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行
B.每次实验，都要先放开小车，再接通打点计时器
C.改变小车的质量时，需要重新平衡摩擦力
D.平衡摩擦力时，应将小车后面的纸带连接好
（2）请简要补充完整平衡摩擦力的操作步骤：用小木板适当垫高长木板不带滑轮的一端，____________；
（3）为使细绳对小车的拉力F近似等于沙和沙桶的总重力，需满足的条件是____________；
（4）在本实验中认为细绳的拉力F等于沙和沙桶的总重力，已知三位同学利用实验数据作出的图像如图乙中的1、2、3所示.下列分析正确的是______；
A.出现图线1的原因可能是平衡摩擦力不充分
B.出现图线2弯曲的原因可能是沙和沙桶的质量不合适
C.出现图线3的原因可能是在平衡摩擦时长木板的倾斜度过大
（5）胡同学改进实验方案，采用图丙的实验装置探究“小车加速度与合外力的关系”时，是否需要平衡摩擦力？______（填“需要”或“不需要”）.
15.某同学用如图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系。已知重物A下端悬挂6个质量均为m的钩码，重物A（含挡光片）、重物B的质量分别为，挡光片的宽度为d，重力加速度为g，忽略一切阻力。该同学的主要操作步骤如下：
①按图甲装配好实验装置，用手托住A，使系统处于静止状态，标记A的释放位置，测量出A上挡光片中心到光电门中心的竖直距离h；
②接通光电门的电源后，由静止释放A，记录挡光片通过光电门的时间；
③把A下面的钩码取下一个，悬挂到B的下端；
④使A仍从①中标记的位置由静止释放，记录挡光片通过光电门的时间；
⑤把A下面的钩码再取下一个，悬挂到B的下端；
⑥使A仍从①中标记的位置由静止释放，记录挡光片通过光电门的时间；
⑦重复⑤、⑥步骤，直至把A下面的钩码全部悬挂到B的下端。
（1）步骤②中，挡光片通过光电门的速度大小为______，加速度大小为______。（均用表示）
（2）根据实验数据，在（移动钩的个数）图像中作出如图乙所示的倾斜直线，从而验证了总质量一定时加速度与合外力的关系。测得图乙中图线的斜率为k，纵截距为b，则______，______。（用题中所给物理量符号表示）
（3）为了进一步提高实验的精确度，下列做法可行的有______。
A.适当增加竖直距离h B.适当增加系统的总质量
C.适当减小挡光片的宽度d D.在重物B上粘上合适质量的橡皮泥
答案以及解析
1.答案：C
解析：逐渐增大拉力时，由平衡知识知，细绳上段承受的拉力为书的重力和手对绳的拉力之和，下段细绳承受的拉力等于手对绳的拉力，所以逐渐增大拉力，上段细绳先断开，C正确，D错误。迅速拉绳时，由于书本较厚重，惯性较大，其运动状态难以改变，在迅速拉绳的瞬间，书本可认为固定不动，所以下段细绳承受的拉力将比上段细绳承受的拉力大，下段细绳将先断开，AB错误。
2.答案：A
解析：方案一中用力击打球筒的上端，球筒向下运动，利用羽毛球的惯性，使其从球筒上端出来，故A正确，B错误；方案二中羽毛球与球筒一起下落敲击水平面，球筒与水平面碰后速度立即变为零，利用羽毛球的惯性，使其从球筒下端出来，故C错误；惯性是物体本身的属性，与速度无关，故D错误.
3.答案：D
解析：乒乓球和游戏者具有相同的加速度，对乒乓球进行受力分析如图甲所示，则乒乓球所受的合力大小为，根据牛顿第二定律得，A、B错误；根据平行四边形定则知，球拍对乒乓球的作用力大小，C错误；对球拍和乒乓球整体进行受力分析，如图乙所示，根据平行四边形定则知，游戏者对球拍的作用力大小为，D正确.
4.答案：D
解析：以物体1为研究对象，受重力和拉力T，根据牛顿第二定律有，解得，则车厢的加速度也为，绳对物体1的拉力为，故A、B正确；以物体2为研究对象，根据牛顿第二定律得，竖直方向，根据平衡条件可得，故C正确，D错误.本题选说法不正确的，故选D.
5.答案：D
解析：为了探究加速度与质量的关系，应保持合外力大小F不变，为了直观地判断加速度a与质量m的数量关系，应作出图象，故选项D正确。
故选D。
6.答案：D
解析：由题意可知，货物和楔子以共同的加速度a向右做加速运动，对货物受力分析，如图1所示，由几何关系和牛顿第二定律得，对楔子受力分析，如图2所示，若要楔子不发生滑动，则由牛顿第二定律有，且，，由牛顿第三定律可得，联立可得，又对货物有，可得，故D正确。
7.答案：C
解析：对甲、乙组成的整体进行受力分析，竖直方向由二力平衡可得，水平方向由牛顿第二定律可得，结合，综合解得，A错误。乙对甲的最大静摩擦力大小为，方向沿水平方向，乙对甲的压力大小为，方向沿竖直方向，则乙对甲的作用力大小为，B错误。设甲、乙之间的动摩擦因数为，结合，综合解得，C正确。由以上分析可知，无法求出甲、乙的质量之比，D错误。
8.答案：C
解析：四个木块一起做匀加速运动，以四个木块整体为研究对象，根据牛顿第二定律有，对N，根据牛顿第二定律有，则间的摩擦力，对M，根据牛顿第二定律有，又，则弹簧的弹力，突然撤去外力F，弹簧弹力不发生突变，的加速度不变，间的摩擦力不变，故A、D错误；弹簧的弹力使整体有向左的加速度，有，得，即的加速度大小不变，此时间的摩擦力大小设为，对N，根据牛顿第二定律有，故B错误，C正确.
9.答案：C
解析：物体在推力F的作用下做匀加速直线运动，撤去推力F后，由于只受摩擦力作用，做匀减速直线运动，所以0~6 s过程中有F作用，6~10 s过程中撤去F，图像的斜率表示加速度，故根据牛顿第二定律可得，，根据牛顿第二定律可得，解得，C正确，D错误；速度—时间图像与坐标轴围成的面积表示位移，在0~6 s内，合力的平均功率为，A错误；在6~10 s内，合力对物体做功为，B错误。
10.答案：C
解析：滑动摩擦力方向与物体间的相对运动方向相反，墨条相对砚台水平向左运动，则砚台对墨条的摩擦力方向水平向右，A错误；根据牛顿第三定律结合A项分析可知，砚台受到墨条水平向左的摩擦力，而砚台处于静止状态，其水平方向上受力平衡，则桌面对砚台的摩擦力方向水平向右，桌面和墨条对砚台的摩擦力是一对平衡力，B错误，C正确；对砚台受力分析，竖直方向上，砚台受到自身重力、墨条的压力和桌面的支持力，因此桌面对砚台的支持力与墨条对砚台的压力不是一对平衡力，D错误。
11.答案：D
解析：圆环沿着杆匀速下滑，箱子静止，整体竖直方向受力平衡，根据平衡条件可得箱子受到地面的支持力大小为，根据牛顿第三定律可得箱子对地面的压力大小等于，故A正确；圆环沿着杆匀速下滑受力平衡，竖直方向根据平衡条件可得圆环所受重力大小，故B正确；箱子对地面的压力大小等于，而，所以箱子对地面的压力大小等于，故C正确；以整体为研究对象，水平方向整体不受外力，根据平衡条件可得地面对箱子的摩擦力大小为0，故D错误.
12.答案：D
解析：人走路时，地对脚的力与脚对地的力是一对作用力和反作用力，大小相等、方向相反，A错误；无论的质量大小如何，A对B的作用力与B对A的作用力是一对作用力和反作用力，大小相等、方向相反，B错误；鸡蛋对石头的作用力与石头对鸡蛋的作用力是一对作用力和反作用力，大小相等、方向相反，C错误；甲对乙的作用力与乙对甲的作用力是一对作用力和反作用力，大小相等、方向相反，D正确.
13.答案：（1）0.02
（2）B
（3）
（4）；
解析：（1）电磁打点计时器的打点间隔为.
（2）探究加速度与力、质量的关系，为保证细绳拉力等于小车所受的合力，需要平衡摩擦力，在平衡摩擦力的过程中，需要去掉挂槽码的细绳，带上纸带，调节木板倾斜度，使小车能够匀速运动，调节好后，改变小车的质量时，不需要重新调节长木板的倾斜度，故A、D错误；细绳的拉力要等于小车所受合力，细绳方向沿小车运动方向，即调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行，故B正确；题中有力传感器能直接测量出细绳的拉力，故不需保证槽码的质量远小于小车的质量，故C错误.
（3）由题意可得，小车通过光电门的速度大小为.
（4）小车从A运动到B，根据速度—位移公式，把代入可得，若描点可得到一条过原点的倾斜直线，则纵坐标应为，根据牛顿第二定律（下节学习），得，则倾斜直线的斜率为，解得.
14.答案：（1）AD
（2）轻推小车，直到点迹均匀，小车做匀速运动
（3）
（4）B
（5）需要
解析：（1）调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行，保证小车所受的合力方向不变，故A正确；为了避免纸带上出现大量的空白，实验时，应该先接通电源，后放开小车，故B错误；由于平衡摩擦力时有，质量可以约去，所以改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力，故C错误；平衡摩擦力是为了平衡长木板对小车的摩擦力与打点计时器与纸带之间的阻力，因此平衡摩擦力时小车后面的纸带必须连好，故D正确.
（2）平衡摩擦力的操作步骤：用小木板适当垫高长木板不带滑轮的一端，轻推小车，直到点迹均匀，小车做匀速运动.
（3）根据牛顿第二定律（下节学习）对小车，有，对沙和沙桶，有，联立解得，可知只有当时F才近似等于mg.
（4）出现图线1的原因可能是平衡摩擦力时，长木板倾角过大导致没有施加拉力时小车就产生加速度，故A错误；出现图线2的原因可能是沙和沙桶的质量没有远小于小车的质量，导致小车所受的合外力不等于沙和沙桶的重力，故B正确；出现图线3的原因可能是平衡摩擦力时，长木板倾角过小导致施加一定的拉力时才能使小车产生加速度，故C错误.
（5）胡同学的实验方案中，为了使得测力计示数的2倍等于小车所受合外力，需要平衡摩擦力.
15.答案：（1）；
（2）；
（3）ACD
解析：（1）已知挡光片的宽度d，则挡光片通过光电门的速度大小，由运动学公式得。
（2）对整个系统由牛顿第二定律得，由（1）知，则斜率，纵截距。
（3）为了提高实验的精确度，减小实验误差，适当地增加竖直距离h，可以增大重物A到达光电门的速度，从而增加速度测量的准确率，A正确；适当地减小挡光片的宽度，可以提高速度测量的准确率，C正确；适当地增加系统总质量，可能导致测量的系统加速度减小，则A到达光电门的速度减小，容易增大实验误差，B错误；在重物B上粘上合适质量的橡皮泥，增大，则测量的系统加速度增大，A到达光电门的速度增大，可以减小实验误差，D正确。

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