【紅對(duì)勾】高考物理 兩類動(dòng)力學(xué)問題 超重和失重課時(shí)作業(yè)

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1、 課時(shí)作業(yè)9　兩類動(dòng)力學(xué)問題　超重和失重 時(shí)間：45分鐘　　滿分：100分 一、選擇題(88′＝64′) 1．一種巨型娛樂器械可以讓人體驗(yàn)超重和失重的感覺．一個(gè)可乘十多個(gè)人的環(huán)形座艙套在豎直柱子上，由升降機(jī)運(yùn)送上幾十米的高處，然后讓座艙自由下落．下落一定高度后，制動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)，座艙做減速運(yùn)動(dòng)，到地面時(shí)剛好停下．下列判斷正確的是(　　) A．座艙在自由下落的過程中人處于超重狀態(tài) B．座艙在自由下落的過程中人處于失重狀態(tài) C．座艙在減速運(yùn)動(dòng)的過程中人處于失重狀態(tài) D．座艙在減速運(yùn)動(dòng)的過程中人處于超重狀態(tài) 答案：BD 圖1 2．一物體放置在傾角為θ的斜面上，斜面固定于加速上升

2、的電梯中，加速度為a，如圖1所示，在物體始終相對(duì)于斜面靜止的條件下，下列說法中正確的是(　　) A．當(dāng)θ一定時(shí)，a越大，斜面對(duì)物體的正壓力越小 B．當(dāng)θ一定時(shí)，a越大，斜面對(duì)物體的摩擦力越大 C．當(dāng)a一定時(shí)，θ越大，斜面對(duì)物體的正壓力越小 D．當(dāng)a一定時(shí)，θ越大，斜面對(duì)物體的摩擦力越小 圖2 解析：選物體為研究對(duì)象．受力情況如圖2所示，建立坐標(biāo)系，注意因?yàn)槲矬w始終相對(duì)于斜面靜止，所以Ff是靜摩擦力，加速度向上，所以靜摩擦力Ff沿斜面向上． 豎直方向上－mg＝ma， 也可寫成－mg＝ma. 則θ一定時(shí)，a越大，F(xiàn)N越大，F(xiàn)f越大；a一定時(shí)，θ越大，F(xiàn)N越小，F(xiàn)f越大． 答

3、案：BC 3．在升降機(jī)中，一人站在磅秤上，發(fā)現(xiàn)自己的體重減輕了20%，則他自己的下列判斷可能正確的是(g取10 m/s2)(　　) A．升降機(jī)以8 m/s2的加速度加速上升 B．升降機(jī)以2 m/s2的加速度加速下降 C．升降機(jī)以2 m/s2的加速度減速上升 D．升降機(jī)以8 m/s2的加速度減速下降 解析：由于磅秤示數(shù)減小，故人受到的支持力為重力的80%，由牛頓第二定律，有mg－0.8mg＝ma得a＝2 m/s2，方向豎直向下，B、C對(duì)． 答案：BC 4．如圖3甲所示，某人正通過定滑輪將質(zhì)量為m的貨物提升到高處．滑輪的質(zhì)量和摩擦均不計(jì)，貨物獲得的加速度a與繩子對(duì)貨物豎直向上的拉力

4、T之間的函數(shù)關(guān)系如圖3乙所示．由圖可以判斷(　　) 圖3 A．圖線與縱軸的交點(diǎn)M的值aM＝－g B．圖線與橫軸的交點(diǎn)N的值TN＝mg C．圖線的斜率等于物體的質(zhì)量m D．圖線的斜率等于物體質(zhì)量的倒數(shù) 解析：由牛頓第二定律，有T－mg＝ma，故得 a＝－g，當(dāng)T＝0時(shí)，a＝－g，A對(duì)；當(dāng)a＝0時(shí)， T＝mg，B對(duì)；圖線的斜率k＝，D對(duì)． 答案：ABD 圖4 5．如圖4所示，質(zhì)量為m的物體用細(xì)繩拴住放在水平粗糙傳送帶上，物體距傳送帶左端的距離為L(zhǎng)，穩(wěn)定時(shí)繩與水平方向的夾角為θ，當(dāng)傳送帶分別以v1、v2的速度作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)(v1

5、斷細(xì)繩時(shí)，物體到達(dá)左端的時(shí)間分別為t1、t2則下列說法正確的是(　　) A．F1

6、(M－m)g 解析：考查牛頓第二定律的應(yīng)用，超重、失重概念．將桿和人看成一個(gè)整體，當(dāng)人以加速度a加速下滑時(shí)，人處于失重狀態(tài)，失重量為ma，因此系統(tǒng)對(duì)支持物的壓力會(huì)比重力小ma，因此竿對(duì)人的壓力為(M＋m)g－ma，A項(xiàng)正確．本題難度中等． 答案：A 7．用同種材料制成傾角為30的斜面和長(zhǎng)水平面，斜面長(zhǎng)2.4 m且固定，一小物塊從斜面頂端以沿斜面向下的初速度v0開始自由下滑，當(dāng)v0＝2 m/s時(shí)，經(jīng)過0.8 s后小物塊停在斜面上．多次改變v0的大小，記錄下小物塊從開始運(yùn)動(dòng)到最終停下的時(shí)間t，作出t－v0圖象，如圖6所示，則下列說法中正確的是(g＝10 m/s2)(　　) 圖6 A．

7、小物塊在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度大小為2.5 m/s2 B．小物塊在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度大小為0.4 m/s2 C．小物塊與該種材料間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 D．由圖可推斷若小物塊初速度繼續(xù)增大，小物塊的運(yùn)動(dòng)時(shí)間也隨速度均勻增大 解析： 從圖象可知加速度為a＝＝2.5 m/s2，所以A正確，B錯(cuò)誤；根據(jù)牛頓第二定律有ma＝μmgcosθ－mgsinθ，得到μ＝，C正確；隨著初速度增大，小物塊會(huì)滑到水平面上，規(guī)律將不再符合圖象中的正比關(guān)系，所以D錯(cuò)誤． 答案：AC 圖7 8．(2009廣東單科)某人在地面上用彈簧秤稱得其體重為490 N．他將彈簧秤移至電梯內(nèi)稱其體重，t0至t3時(shí)間段內(nèi)，彈簧秤

8、的示數(shù)如圖7所示，電梯運(yùn)行的v－t圖可能是(取電梯向上運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)檎?(　　) 解析：由圖可知，t0～t1，彈簧秤示數(shù)小于人的體重，電梯處于失重狀態(tài)，加速度方向?yàn)樨Q直向下，有兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：加速下降或減速上升；t1～t2，彈簧秤示數(shù)等于人的體重，電梯處于平衡狀態(tài)，即勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止；t2～t3，電梯處于超重狀態(tài)，加速度方向?yàn)樨Q直向上，有兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：加速上升或減速下降，故選項(xiàng)A、D正確． 答案：AD 二、計(jì)算題(312′＝36′) 9．(2011山東泰安檢測(cè))小球在流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，它將受到流體阻礙運(yùn)動(dòng)的粘滯阻力．實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)小球相對(duì)流體的速度不太大時(shí)，粘滯阻力F＝6πηvr，式中r為小

9、球的半徑，v為小球相對(duì)流體運(yùn)動(dòng)的速度，η為粘滯系數(shù)，由液體的種類和溫度而定．現(xiàn)將一個(gè)半徑r＝1.00 mm的鋼球，放入常溫下的甘油中，讓它下落，已知鋼球的密度ρ＝8.5103 kg/m3常溫下甘油的密度ρ0＝1.3103 kg/m3，甘油的粘滯系數(shù)η＝0.80(g取10 m/s2)． (1)鋼球從靜止釋放后，在甘油中作什么性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)？ (2)當(dāng)鋼球的加速度a＝g/2時(shí)，它的速度多大？ (3)鋼球在甘油中下落的最大速度vm＝？ 解析：(1)鋼球在甘油中運(yùn)動(dòng)過程中，開始時(shí)做加速運(yùn)動(dòng)，隨著速度的增加鋼球受的粘滯阻力增加，而導(dǎo)致鋼球受的合外力減小，所以加速度減小，最終加速度為零，鋼球勻速運(yùn)動(dòng)．

10、 (2)鋼球向下運(yùn)動(dòng)時(shí)受浮力：F浮＝ρ0gV球粘滯阻力F和重力mg，由牛頓第二定律得：mg－F浮－F＝ma 即：ρV球g－ρ0V球g－6πηvr＝ρV球 代入數(shù)值解得：v＝8.210－3 m/s (3)鋼球達(dá)最大速度時(shí)加速度為零則： ρV球g－ρ0V球g－6πηvmr＝0 代入數(shù)值解得：vm＝210－2 m/s. 答案：(1)加速度變小的加速運(yùn)動(dòng)，最終勻速 (2)8.210－3 m/s　(3)210－2 m/s 10．直升機(jī)沿水平方向勻速飛往水源取水滅火，懸掛著m＝500 kg空箱的懸索與豎直方向的夾角θ1＝45.直升機(jī)取水后飛往火場(chǎng)，加速度沿水平方向，大小穩(wěn)定在a＝1.5

11、m/s2時(shí)，懸索與豎直方向的夾角θ2＝14，如圖8所示．如果空氣阻力大小不變，且忽略懸索的質(zhì)量，試求水箱中水的質(zhì)量M.(取重力加速度g＝10 m/s2；sin14≈0.242；cos14≈0.970) 圖8 解析：設(shè)懸索對(duì)水箱的拉力為T，水箱受到的阻力為f.直升機(jī)取水時(shí)，水箱受力平衡． 水平方向：T1sinθ1－f＝0① 豎直方向：T1cosθ1－mg＝0② 聯(lián)立①②解得f＝mgtanθ1③ 直升機(jī)返回，以水箱為研究對(duì)象，在水平方向、豎直方向應(yīng)用牛頓第二定律，由平衡方程得 T2sinθ2－f＝(m＋M)a④ T2cosθ2－(m＋M)g＝0⑤ 聯(lián)立④⑤，代入數(shù)據(jù)解得水

12、箱中水的質(zhì)量M＝4.5103 kg 答案：M＝4.5103 kg 11．(2009江蘇高考)航模興趣小組設(shè)計(jì)出一架遙控飛行器，其質(zhì)量m＝2 kg，動(dòng)力系統(tǒng)提供的恒定升力F＝28 N．試飛時(shí)，飛行器從地面由靜止開始豎直上升．設(shè)飛行器飛行時(shí)所受的阻力大小不變，g取10 m/s2. (1)第一次試飛，飛行器飛行t1＝8 s時(shí)到達(dá)高度H＝64 m．求飛行器所受阻力f的大??； (2)第二次試飛，飛行器飛行t2＝6 s時(shí)遙控器出現(xiàn)故障，飛行器立即失去升力．求飛行器能達(dá)到的最大高度h； (3)為了使飛行器不致墜落到地面，求飛行器從開始下落到恢復(fù)升力的最長(zhǎng)時(shí)間t3. 解析：(1)第一次飛行中，設(shè)加

13、速度為a1 勻加速運(yùn)動(dòng)H＝a1t12 由牛頓第二定律F－mg－f＝ma1 解得f＝4 N (2)第二次飛行中，設(shè)失去升力時(shí)的速度為v1，上升的高度為s1 勻加速運(yùn)動(dòng)s1＝a1t22 設(shè)失去升力后加速度為a2，上升的高度為s2 由牛頓第二定律mg＋f＝ma2 v1＝a1t2　s2＝ 解得h＝s1＋s2＝42 m (3)設(shè)失去升力下降階段加速度為a3；恢復(fù)升力后加速度為a4，恢復(fù)升力時(shí)速度為v3 由牛頓第二定律mg－f＝ma3 F＋f－mg＝ma4 且＋＝h　v3＝a3t3 解得t3＝ s(或2.1 s) 答案：(1)f＝4 N　(2)h＝42 m　(3)t3＝2.1 s - 6 - 用心 愛心 專心