高中物理牛顿运动定律经典练习题.docx
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高中物理牛顿运动定律经典练习题
高中物理牛顿运动定律经典练习题
牛顿运动定律
一、基础知识回顾:
1、牛顿第一定律
一切物体总保持,直到有外力迫使它改变这种状态为止。
注意:
(1)牛顿第一定律进一步揭示了力不是维持物体运动(物体速度)的原因,而是物体运动状态(物体速度)的原因,换言之,力是产生的原因。
(2)牛顿第一定律不是实验定律,它是以伽利略的“理想实验“为基础,经过科学抽象,归纳推理而总结出来的。
2、惯性
物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质叫惯性。
3、对牛顿第一运动定律的理解
(1)运动是物体的一种属性,物体的运动不需要力来维持。
(2)它定性地揭示了运动与力的关系,力是改变物体运动状态的原因,是使物体产生加速度的原因。
(3)定律说明了任何物体都有一个极其重要的性质——惯性。
(4)牛顿第一定律揭示了静止状态和匀速直线运动状态的等价性。
4、对物体的惯性的理解
(1)惯性是物体总有保持自己原来状态(速度)的本性,是物体的固有属性,不能克服和避免。
(2)惯性只与物体本身有关而与物体是否运动,是否受力无关。
任何物体无论它运动还是静止,无论运动状态是改变还是不改变,物体都有惯性,且物体质量不变惯性不变。
质量是物体惯性的唯一量度。
(3)物体惯性的大小是描述物体保持原来运动状态的本领强弱。
物体惯性(质量)大,保持原来的运动状态的本领强,物体的运动状态难改变,反之物体的运动状态易改变。
(4)惯性不是力。
5、牛顿第二定律的内容和公式
物体的加速度跟成正比,跟成反比,加速度的方向跟合外力方向相同。
公式是:
a=F合/m或F合=ma
6、对牛顿第二定律的理解
(1)牛顿第二定律定量揭示了力与运动的关系,即知道了力,可根据牛顿第二定律得出物体的运动规律。
反过来,知道运动规律可以根据牛顿第二运动定律得出物体的受力情况,在牛顿第二运动定律的数学表达式F合=ma中,F合是力,ma是力的作用效果,特别要注意不能把ma看作是力。
(2)牛顿第二定律揭示的是力的瞬时效果,即作用在物体上的力与它的效果是瞬时对应关系,力变加速度就变,力撤除加速度就为零,注意力的瞬时效果是加速度而不是速度。
(3)牛顿第二定律公式:
F合=ma是矢量式,F、a都是矢量且方向相同。
(4)牛顿第二定律F合=ma定义了力的单位:
“牛顿”。
7、牛顿第三定律的内容
两个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等、方向相反,作用在同一条直线上
8、对牛顿第三定律的理解
(1)作用力和反作用力的同时性。
它们是同时产生同时变化,同时消失,不是先有作用力后有反作用力。
(2)作用力和反作用力的性质相同,即作用力和反作用力是属于同种性质的力。
若作用力是弹力,反作用力必定是弹力。
(3)作用力和反作用力不可叠加性。
作用力和反作用力分别作用在两个不同的物体上,各产生各的效果,不可求它们的合力,两力的作用效果不能相互抵消。
9、作用力与反作用力和二力平衡的区别
内容
作用力和反作用力
二力平衡
受力物体
作用在两个相互作用的物体上
作用在同一物体上
依赖关系
相互依存,不可单独存在
无依赖关系,撤除一个力另一个力可依然存在,只是不再平衡
叠加性
两力作用效果不可抵消,不可叠加,不可求合力
两力作用效果可相互抵消,可叠加,可求合力,合力为零
力的性质
一定是同性质的力
不一定是同性质的力
二、重点、难点分析:
1.惯性和惯性定律的区别
(1)惯性:
是物体本身的固有属性,仅由质量决定。
(2)惯性定律:
是在理想条件下的一种运动规律。
2.加速度和运动状态的改变
(1)运动状态的改变:
物体的速度发生了改变,我们就说物体的运动状态发生了改变。
由于速度是矢量,既有大小又有方向,所以运动状态的改变有三种情况:
①如:
②如:
③如:
(2)力是产生加速度的原因
牛顿第一定律表明,力是改变物体运动状态的原因,而运动状态改变必然有加速度,所以力是产生加速度的原因。
3.质量与惯性的关系
(1)惯性的普遍性和差异性:
一切物体在任何条件下都具有惯性,这表明了惯性的普遍性。
当物体受到外力作用时,物体运动状态的改变又有难易之别,质量大的物体运动状态难以改变,质量小的物体运动状态容易改变,这表明不同物体的惯性大小具有差异性。
(2)质量是惯性大小的量度:
因为惯性是物体固有的性质,所以物体惯性的大小只能由物体自身来决定。
4.关于牛顿第二定律
(1)同体性:
F、m、a是研究同一个物体的三个物理量。
(2)同时性:
(3)同向性:
(4)力的独立性:
作用在物体上的每个力都将产独立地产生各自的加速度,与其他力无关,合外力的加速度即是这些加速度的矢量和。
5.牛顿运动定律只适用于宏观、低速的物体,不适用于微观、高速的物体,只适用于惯性参考系,不适用于非惯性参考系。
三、典型例题精讲:
【例1】关于惯性的大小,以下说法正确的是哪一个?
错误的说法如何修正。
A.只有处于静止或匀速运动状态的物体才具有惯性。
B.推动地面上静止的物体比保持这个物体做匀速运动所需的力大,所以静止的物体惯性大。
C.在光滑的水平面上,用相同的水平推力推一辆空车和一辆装满货物的车,空车启动的快,所以质量小的物体惯性小。
D.在月球上举起重物比地球上容易,所以同一物体在月球上比地球上惯性小。
【例2】火车在长直水平轨道上匀速行驶,门窗紧闭的车厢内有一个人向上跳起,发现仍落回到车上原处,这是因为:
A.人跳起后,车厢内空气给他向前的力,带着他随同火车一起向前运动。
B.人跳起的瞬间,车厢的地板给他一个向前的力,推动他随同火车一起向前运动。
C.人跳起后,车在继续向前运动,所以人落下后必定偏后一些,只是由于时间很短偏后距离太短看不出来。
D.人跳起后直到落地,在水平方向上和车始终具有相同的速度。
【例3】当高速行驶的公共汽车突然刹车,乘客会向什么方向倾斜?
为什么?
若公共汽车向左转弯,乘客会向什么方向倾斜?
为什么?
为什么在高速公路上行驶的小车中的司机和乘客必须系好安全带?
【例4】一向右运动的车厢顶上悬挂两单摆M与N,它们只能在图示平面内摆动,某一瞬时出现图示情景,由此可知车厢的运动及两单摆相对车厢的运动的可能情况是
MN
A.车厢做匀速直线运动,M在摆动,N静止()
B.车厢做匀速直线运动,M在摆动,N也在摆动
C.车厢做匀速直线运动,M静止,N在摆动
D.车厢做匀加速直线运动,M静止,N也静止
【例5】如图3-3所示,小车从足够长的光滑斜面自由下滑,斜面倾角为α,小车上吊着小球m,试证明:
当小球与小车相对静止后,悬线与天花板垂直。
【例6】如图所示,AB、AC为位于竖直平面的两根光滑细杆,A、B、C三点恰位于圆周上,C为该圆周的最低点,b、c为套在细杆上的两个小环。
当两环同时从B、C点自静止开始下滑,则:
A.环b将先到达点A
B.环c将先到达点A
C.两环同时到达点A
D.因两杆的倾角不知道,无法判断谁先到达A点
a
v
θ
【例7】如图所示,质量为m的人站在自动扶梯上,扶梯正以加速度a向上减速运动,a与水平方向的夹角为θ,求人受到的支持力与摩擦力。
M
N
【例8】如图所示,竖直光滑杆上套有一个小球和两根弹簧,两弹簧的一端各与小球相连,另一端分别用销钉M、N固定于杆上,小球处于静止状态。
设拔出销钉M的瞬间,小球加速度大小为12m/s2若不拔出销钉M而拔出销钉N瞬间。
小球的加速度可能是(取g=10m/s2)
A.22m/s2,方向竖直向下B.22m/s2,方向竖直向上
C.2m/s2,方向竖直向上D.2m/s2,方向竖直向下
【例9】一物体受绳子的拉力作用由静止开始前进,先做加速运动;然后改为匀速运动;再改做减速运动,则下列说法中正确的是:
()
A.加速前进时,绳子拉物体的力大于物体拉绳子的力
B.减速前进时,绳子拉物体的力小于物体拉绳子的力
C.只有匀速前进时,绳子拉物体的力与物体拉绳子的力大小相等
D.不管物体如何前进,绳子拉物体的力与物体拉绳子的力大小总相等
【例10】一个物体放在水平桌面上,下列说法正确是:
()
A.桌面对物体的支持力的大小等于物体的重力,这两个力是一对平衡力
B.物体所受的重力和桌面对它的支持力是一对作用力和反作用力
C.物体对桌面的压力就是物体的重力,这两个力是同一性质的力
D.物体对桌面的压力和桌面对物体的支持力是一对平衡力
【例11】甲、乙两队进行拔河比赛,结果甲队获胜,则比赛过程中()
A.甲队拉绳子的力大于乙队拉绳子的力
B.甲队与地面间的摩擦力大于乙队与地面间的摩擦力
C.甲、乙两队与地面间的摩擦力大小相等,方向相反
D.甲、乙两队拉绳子的力大小相等,方向相反
【例12】若在例题3中不计绳子的质量,则:
()
A.甲队拉绳子的力大于乙队拉绳子的力
B.甲队与地面间的摩擦力大于乙队与地面间的摩擦力
C.甲、乙两队与地面间的摩擦力大小相等,方向相反
D.甲、乙两队拉绳子的力大小相等,方向相反
四、课后跟踪练习:
1下列物体的运动状态保持不变的是()
A.匀速行驶的列车B.地球同步卫星
C.自由下落的小球D.在水面上浮动的木块
2.有关加速度的说法,正确的是()
A.物体加速度的方向与物体运动的方向不是同向就是反向
B.物体加速度方向与物体所受合外力的方向总是相同的
C.当物体速度增加时,它的加速度也就增大
D.只要加速度为正值,物体一定做加速运动
3.下面关于惯性的说法中,正确的是()
A.运动速度大的物体比速度小的物体难以停下来,所以运动速度大的物体具有较大的惯性
B.物体受的力越大,要它停下来就越困难,所以物体受的推力越大,则惯性越大
C.物体的体积越大,惯性越大
D.物体含的物质越多,惯性越大
4.在粗糙水平面上放着一个箱子,前面的人用水平方向成仰角θ1的力F1拉箱子,同时后面的人用与水平方向成俯角θ2的推力F2推箱子,如图所示,此时箱子的加速度为a,如果此时撤去推力F2,则箱子的加速度 ()
A.一定增大
B.一定减小
C.可能不变
D.不是增大就是减小,不可能不变
5.如图单所示,有两个物体质量各为m1、m2,m1原来静止,m2以速度vo向右运动,如果它们加上完全相同的作用力F,在下述条件下,哪些可使它们的速度有达到相同的时刻()
A.F方向向右m1>m2B.F方向向右m1 C.F方向向左ml>m2D.F方向任意m1=m2 6.如图,质量为m1的粗糙斜面上有一质量为m的木块匀减速下滑,则地面受到的正压力应当是(). A.等于(ml+m2)gB.大于(ml+m2)g C.小于(ml+m2)gD.以上结论都不对 7.在验证“牛顿第二定律”的实验中,打出的纸带如图单所示,相邻计数点间的时间间隔为0.1s,由此可算出小车的加速度a=______,若实验中交流电频率变为40Hz,但计算中仍引用50Hz,这样测定的加速度将变_______(填“大”或“小”),该实验中,为验证小车质量M不变时,a与F成正比,小车质量M和砂及桶质量m分别选取下列四组值. A、M=500g,m分别为50g、70g、100g、125g B、M=500g,m分别为20g、30g、40g、50g C、M=200g,m分别为50g、70g、100g、125g D、M=200g,m分别为30g、40g、50g、60g 若其它操作正确,那么在选用__________组值测量时所画出的a一F的图线较准确. 9.质量为m的物体放在倾角为a的斜面上,物体和斜面间的动摩擦因数为µ,如沿水平方向加一个力F,使物体沿斜面向上以加速度a做匀加速直线运动(如图),求F=? 10.如图所示,一质量为M的楔形木块放在水平桌面上,它的顶角为90°,两底角为ɑ和β;a,b为两个位于斜面上质量均为m的小木块.已知所有接触面都是光滑的。 现发现a、b沿斜面下滑,而楔形木块静止不动,这时楔形木块对水平桌面的压力等于() A.Mg+mg B.Mg+2mg C.Mg+mg(sinα+sinβ) D.Mg+mg(cosα+cosβ) 11.如图质量为m的小球用水平弹簧系住,并用倾角为30°的光滑木板AB托住,小球恰好处于静止状态.当木板AB突然向下撤离的瞬间,小球的加速度( ) A.0 B.大小为 g,方向竖直向下 C.大小为 g,方向垂直于木板向下 D.大小为 g,方向水平向右 例题参考解答: 例题1解: 因一切物体都有惯性,所以A错,B答案中不是静止物体惯性大,而是静摩擦力大于滑动摩擦力,所以B错。 空车启动快说明空车运动状态容易改变,又空车质量小,正好说明质量小的物体惯性小,所以C对。 在月球上举起重物容易是由于在月球上重力加速度小。 同一物体在月球上重量小,所以举起容易,并不能说明惯性小,所以D错。 例题2解: 开始车和人一起向前做匀速直线运动,无论是人在跳起过程还是下落过程,人在水平方向都不受力,由于惯性人在水平方向做匀速直线运动,而车在水平轨道上以相同的速度做匀速直线运动,所以人仍落回原处,故只有D对。 例题3解: 乘客会向前倾斜。 因开始人和车一起高速向前行驶,突然刹车,在车的作用下人的下半身会减速,人的上半身由于惯性继续保持原来的速度向前运动,所以乘客会向前倾倒。 若公共汽车向左转弯,乘客会向右倾斜。 因开始人和车一起向前运动,公共汽车向左转弯,人的下半身跟着汽车向左转弯,人的上半身由于惯性继续向前运动,所以乘客向右倾倒。 在高速公路上行驶的小车因质量小刹车时加速度大,司机和乘客容易向前倾倒而受伤,所以必须系好安全带。 例题4解: 当车厢做匀速直线运动时,相对车厢静止的物体应处于平衡状态。 由牛顿第一定律可知物体所受合外力必为零。 图3-1所示状态中,N受到绳子的拉力与重力共线,合力可能为零。 因此,N摆可能处于平衡状态,也可能处于非平衡状态。 而M所受的绳子的拉力与重力不共线,合力必不为零,故M只能处于运动状态中,所以选项C错误。 A、B正确。 若车厢做匀加速直线运动,M、N所受合力必不为零。 N处于图示状态,不可能有沿运动方向的合外力,N不可能是静止的,选项D错误故本题正确答案为A、B。 例题5解: 小球与小车的加速度相同,且a=gSinα方向沿斜面向下,由牛顿第二定律得小球受到的合力F合=ma=mgSinα的方向也必定沿斜面向下。 如右图小球受两个力的作用,其合力如图所示,因mg沿斜面的分量为mgSin 等于合力,因此拉力T在沿斜面方向的分量一定为零,亦即拉力T一定垂直于斜面。 所以悬线与斜面垂直。 所以,悬线与斜面垂直。 例题6解: 设BA杆与水平面的夹角为θ。 那么由受力分析(略)可知: 环沿BA下滑的加速度为: a= =gSin 设大圆环的半径为R,那么有AB=2r·Sin 由位移公式S= at2 得: b环下滑时间t= = =4 与 无关,所以两环同时到达A点(C)是对的。 例题7解: 对人进行受力分析对a进行正交分解可得: ay=aSin ① ax=acos ② 由牛顿第二定律可得: Ff=max③ mg-FN=may④ 由①③得: Ff=maSin (摩擦力) 由②④得: FN=mg-macos (支持力) 例题8解: 开始处于平衡状由图3-7有: FM=mg+FN① 拔出销钉M小球加速度方向可能向上也可能向下若向上如右下图 (设向上为正方向)那么有: mg+FN=-ma② 解①②得: FN=-22mFM=-12m(负号表示FN、FM的方向与图示方向相反) 拔出销钉N小球加速度为: a=-22m/m=-22(m/s)(负号表示方向竖直向下) 拔出销钉M小球加速度方向若向下mg+FN=ma③ 解①③得: FN=2m 拔出销钉N小球加速度为: a=2m/m=2(m/s)方向竖直向上所以A、C正确 例题9: 解: 绳拉物体的力与物体拉绳的力是一对作用力和反作用力,不管物体间的相互作用力的性质如何物体的运动状态如何,物体间的相互作用力都遵循牛顿第三定律,即作用力和反作用力,总是等大、反向、作用在一条直线上的,所以D对。 例题10解: 物体受两个力的作用桌面对物体的支持力FN和地球对物体的重力,且在这两个力作用下物体处于平衡状态,它们是一对平衡力,所以A对,B错。 物体对桌面的压力是弹力跟物体的重力不是同性质的力。 当然不是同一个力,所以C错,物体对桌面的压力和桌面对物体的支持力分别作用在桌面和物体上,它们不是一对平衡的力,所以D错。 例题11解: 以绳子为研究对象,原来静止的绳子向获胜的甲队加速运动,它受到的合理向甲队一方,所以甲队拉绳子的力大于乙队拉绳子的力,A对,D错。 把两队和绳子看作一个整体来研究,原来静止现甲队获胜,它们一起向甲队方向加速前进,它们受到的合外力水平指向甲,而这个整体在水平方向只受两个摩擦力的作用,所以甲队受到的摩擦力大于乙队受到的摩擦力,所以B对C错。 例题12解: 由于不计绳子的质量,所以绳子运动不需要力来加速,所以A错,D对。 也可把两队看做直接相互作用,由牛顿第三定律也可直接得出。 以两对为整体,用上题同样的分析方法可得B对C错。 课后跟踪练习: 1.A2.B3.D4.C5.BC6.B7.a=0.69m/s2大B 8.B9.(mgsinα+μmgcosα+ma)/(cosα-μsinα) 10.A11.C
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