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周測10 動力學(xué)兩類基本問題 超重和失重(原卷版 解析版)高中物理人教版(2019)必修 第一冊

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周測10 動力學(xué)兩類基本問題 超重和失重(原卷版 解析版)高中物理人教版(2019)必修 第一冊

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周測10 動力學(xué)兩類基本問題 超重和失重
(時間:60分鐘 滿分:100分)
一、單項選擇題:本題共7小題,每小題5分,共35分。在每小題給出的四個選項中,只有一項是符合題目要求的。
1.如圖所示,兩物體A、B(mA>mB)疊放在一起,靠在豎直墻面上。將它們由靜止釋放,在沿粗糙墻面下落過程中,物體B的受力示意圖是(不計空氣阻力,重力加速度為g)(  )
2.(2025·北京市高一期末)如圖所示,某同學(xué)站在體重計上觀察超重與失重現(xiàn)象。由穩(wěn)定的站姿變化到穩(wěn)定的蹲姿稱為“下蹲”過程;由穩(wěn)定的蹲姿變化到穩(wěn)定的站姿稱為“起立”過程。她穩(wěn)定站立時,體重計的示數(shù)為A0,關(guān)于實驗現(xiàn)象,下列說法正確的是(  )
A.“起立”過程,體重計的示數(shù)一直大于A0
B.“下蹲”過程,體重計的示數(shù)一直小于A0
C.“起立”的過程,先出現(xiàn)失重現(xiàn)象后出現(xiàn)超重現(xiàn)象
D.“起立”“下蹲”過程,都能出現(xiàn)體重計的示數(shù)大于A0的現(xiàn)象
3.如圖所示,小物塊以初速度12.5 m/s從斜面底端上滑,斜面傾斜角為30°且足夠長,小物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為,則2 s末小物塊與斜面底端的距離為(g取10 m/s2)(  )
A.6.25 m B.0
C.12.625 m D.5 m
4.(2025·哈爾濱市高一階段練習(xí))隨著科技的發(fā)展,手機的功能越來越多。如圖所示是小米同學(xué)隨質(zhì)量為100 kg貨物乘坐電梯時利用手機軟件制作的運動v-t圖像(豎直向上為正方向),g取10 m/s2,下列判斷正確的是(  )
A.0~10 s貨物處于失重狀態(tài)
B.0~10 s內(nèi)電梯對貨物的支持力恒為1 010 N
C.0~46 s內(nèi)貨物上升的距離為34 m
D.30~36 s貨物處于超重狀態(tài)
5.(2024·中山市高一階段練習(xí))如圖所示,水平地面上有一個質(zhì)量m=1 kg的小鐵塊,與地面之間的動摩擦因數(shù)為μ=0.2,某時刻開始用一個水平向右的拉力F=6 N從靜止開始拉動小鐵塊,經(jīng)過4 s時間,拉力大小不變,方向變成水平向左,重力加速度g取10 m/s2,再作用3 s時間,此刻小鐵塊的速度是(  )
A.12 m/s,向左 B.4 m/s,向左
C.8 m/s,向左 D.4 m/s,向右
6.(2023·廣州二中高一期末)在訓(xùn)練奔跑中下肢向后的蹬踏力量時,有一種方法是讓運動員腰部系繩拖著汽車輪胎奔跑。如圖甲所示,在一次訓(xùn)練中,運動員腰部系著不可伸長的輕繩拖著質(zhì)量m=10 kg的輪胎從靜止開始沿著筆直的跑道加速奔跑,輕繩與水平跑道的夾角為53°,某時刻輕繩從輪胎上脫落,輪胎運動的v-t圖像如圖乙所示,不計空氣阻力,已知sin 53°=0.8,cos 53°=0.6,g取10 m/s2,下列說法正確的是(  )
A.t=5.6 s時,輕繩從輪胎上脫落
B.輪胎運動的總位移為16 m
C.輕繩脫落前,輪胎受到的摩擦力大小為50 N
D.輕繩對輪胎的拉力大小為70 N
7.(2023 ·長春市第二實驗中學(xué)高一期末)如圖所示,Oa、Ob是豎直平面內(nèi)兩根固定的光滑細桿,O、a、b、c位于同一圓周上,c為圓周的最高點,a為最低點。每根桿上都套著一個小滑環(huán),兩個滑環(huán)都從O點無初速度釋放,用t1、t2分別表示滑環(huán)到達a、b兩點所用的時間,另有一個小球從c點自由下落到a點所用的時間為t3,則下列關(guān)系正確的是(  )
A.t1=t3t2=t3
C.t1=t2=t3 D.無法確定
二、多項選擇題:本題共4小題,每小題6分,共24分。在每小題給出的四個選項中,有多項符合題目要求。全部選對的得6分,選對但不全的得3分,有選錯的得0分。
8.(2025·邢臺市高一期末)小明站在自動扶梯的水平踏板上,隨扶梯一起斜向上做勻減速直線運動,如圖所示。下列說法正確的是(  )
A.小明處于超重狀態(tài)
B.小明處于失重狀態(tài)
C.小明對踏板的靜摩擦力水平向左
D.小明對踏板的靜摩擦力水平向右
9.如圖甲所示,小物塊從足夠長的固定的光滑斜面上由靜止自由滑下,小物塊的位移x和時間的平方t2的關(guān)系如圖乙所示,g取10 m/s2,下列說法正確的是(  )
A.小物塊的加速度大小恒為2.5 m/s2
B.斜面傾角為30°
C.小物塊2 s末的速度是5 m/s
D.小物塊第2 s內(nèi)的平均速度大小為7.5 m/s
10.(2025·河南高一期末)質(zhì)量為60 kg的人站在升降機中的體重計上,當(dāng)升降機做下列各種運動時,體重計的讀數(shù)用M表示,g取10 m/s2,則(  )
A.升降機以1 m/s2的加速度加速上升時,人處于超重狀態(tài)
B.升降機以1 m/s2的加速度減速上升時,M為54 kg
C.升降機以1.5 m/s2的加速度加速下降時,人處于超重狀態(tài)
D.升降機以1.5 m/s2的加速度減速下降時,M為51 kg
11.很多智能手機都有加速度傳感器,能通過圖像顯示加速度情況,用手掌托著智能手機,打開加速度傳感器,把手機向上拋出,然后又在拋出點接住手機,得到如圖所示的加速度隨時間變化的圖像,圖中t1=0.38 s,t2=0.55 s,t3=0.66 s,t4=1.26 s,重力加速度g取10 m/s2,由此可判斷出(  )
A.t1時刻手機的速度最大
B.t2時刻手機離開手掌
C.t3時刻手機處于失重狀態(tài)
D.手機離開手掌后上升的最大高度為0.45 m
三、非選擇題:本題共3小題,共41分。
12.(12分)(2025·浙江高一階段練習(xí))質(zhì)量為1 kg的小型無人機執(zhí)行拍攝任務(wù),從地面豎直向上起飛,勻加速5 s后達到最大速度10 m/s,繼續(xù)勻速上升一段時間后,勻減速2 s恰好懸停在預(yù)定高度65 m的位置,無人機在運動過程所受的恒定阻力為2 N,g取10 m/s2。求:
(1)(3分)無人機勻加速過程的加速度大小;
(2)(4分)無人機勻加速過程的升力大小;
(3)(5分)無人機從地面到預(yù)定高度的平均速度大小。
13.(14分)圖甲是珠海某公園滑草場的滑道,滑道由4條各自獨立、完全相同的滑道組成,游客可以坐滑草車沿滑道由靜止滑下。將滑道簡化成圖乙,游客從高度為h=62 m的A點由靜止滑下,傾斜滑道傾角為θ=18°,動摩擦因數(shù)為μ1=0.3,然后進入動摩擦因數(shù)為μ2=0.25的水平滑道中繼續(xù)滑行至C停下,傾斜滑道與水平滑道平滑連接,已知滑草車的質(zhì)量m=10 kg,游客的質(zhì)量M=40 kg。(sin 18°=0.31,cos 18°=0.95,g取10 m/s2),求:
(1)(6分)游客在水平滑道滑行的位移大小;
(2)(4分)游客從A滑到C全過程的總時間t;
(3)(4分)滑草車在水平段上滑行時車對游客的作用力大小。
14.(15分)(2025·汕頭市高一期末)如圖甲所示,傾角θ為37°的粗糙斜面上一質(zhì)量m=2.0 kg的木塊,在平行于斜面的恒力F的作用下,從靜止開始加速向上運動,一段時間后再撤去F,乙圖給出了木塊在0~0.8 s內(nèi)的速度—時間圖像,假設(shè)斜面足夠長,sin 37°= 0.6,cos 37°= 0.8,g取10 m/s2,試求:
(1)(5分)木塊與斜面間的動摩擦因數(shù)μ;
(2)(4分)拉力F的大小;
(3)(6分)0~1.1 s內(nèi)木塊所發(fā)生的位移。
周測10 動力學(xué)兩類基本問題 超重和失重
(時間:60分鐘 滿分:100分)
一、單項選擇題:本題共7小題,每小題5分,共35分。在每小題給出的四個選項中,只有一項是符合題目要求的。
1.如圖所示,兩物體A、B(mA>mB)疊放在一起,靠在豎直墻面上。將它們由靜止釋放,在沿粗糙墻面下落過程中,物體B的受力示意圖是(不計空氣阻力,重力加速度為g)(  )
答案 A
解析 兩物體A、B疊放在一起,在沿粗糙墻面下落過程中,由于兩物體與豎直墻面之間沒有壓力,故沒有摩擦力,兩物體一起做自由落體運動,A、B之間沒有彈力作用,物體B只受重力作用。故選A。
2.(2025·北京市高一期末)如圖所示,某同學(xué)站在體重計上觀察超重與失重現(xiàn)象。由穩(wěn)定的站姿變化到穩(wěn)定的蹲姿稱為“下蹲”過程;由穩(wěn)定的蹲姿變化到穩(wěn)定的站姿稱為“起立”過程。她穩(wěn)定站立時,體重計的示數(shù)為A0,關(guān)于實驗現(xiàn)象,下列說法正確的是(  )
A.“起立”過程,體重計的示數(shù)一直大于A0
B.“下蹲”過程,體重計的示數(shù)一直小于A0
C.“起立”的過程,先出現(xiàn)失重現(xiàn)象后出現(xiàn)超重現(xiàn)象
D.“起立”“下蹲”過程,都能出現(xiàn)體重計的示數(shù)大于A0的現(xiàn)象
答案 D
解析 “起立”過程,即從下蹲狀態(tài)站起來的過程中,先向上做加速運動,后向上做減速運動,最后回到靜止?fàn)顟B(tài),人先處于超重狀態(tài)后處于失重狀態(tài),A、C錯誤;“下蹲”過程中,人先向下做加速運動,后向下做減速運動,所以先處于失重狀態(tài)后處于超重狀態(tài),可見“起立”、“下蹲”過程,都能出現(xiàn)體重計的示數(shù)大于A0的現(xiàn)象,B錯誤,D正確。
3.如圖所示,小物塊以初速度12.5 m/s從斜面底端上滑,斜面傾斜角為30°且足夠長,小物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為,則2 s末小物塊與斜面底端的距離為(g取10 m/s2)(  )
A.6.25 m B.0
C.12.625 m D.5 m
答案 A
解析 上滑時有mgsin θ+μmgcos θ=ma,
解得a=12.5 m/s2。
當(dāng)速度減小為0時,所用時間t==1 s,
上滑的最大距離x==6.25 m,
由于μmgcos θ>mgsin θ,則小物塊靜止在最高點,故A正確。
4.(2025·哈爾濱市高一階段練習(xí))隨著科技的發(fā)展,手機的功能越來越多。如圖所示是小米同學(xué)隨質(zhì)量為100 kg貨物乘坐電梯時利用手機軟件制作的運動v-t圖像(豎直向上為正方向),g取10 m/s2,下列判斷正確的是(  )
A.0~10 s貨物處于失重狀態(tài)
B.0~10 s內(nèi)電梯對貨物的支持力恒為1 010 N
C.0~46 s內(nèi)貨物上升的距離為34 m
D.30~36 s貨物處于超重狀態(tài)
答案 B
解析 0~10 s貨物向上加速,處于超重狀態(tài),選項A錯誤;
0~10 s內(nèi)電梯的加速度a== m/s2
對貨物根據(jù)FN-mg=ma
可得對貨物的支持力恒為FN=mg+ma=1 010 N,選項B正確;
由v-t圖像與橫坐標(biāo)軸圍成的面積表示位移可知,0~46 s內(nèi)貨物上升的距離為x=×1 m-×10×1.2 m=22 m,選項C錯誤;
30~36 s貨物向上減速,加速度向下,處于失重狀態(tài),選項D錯誤。
5.(2024·中山市高一階段練習(xí))如圖所示,水平地面上有一個質(zhì)量m=1 kg的小鐵塊,與地面之間的動摩擦因數(shù)為μ=0.2,某時刻開始用一個水平向右的拉力F=6 N從靜止開始拉動小鐵塊,經(jīng)過4 s時間,拉力大小不變,方向變成水平向左,重力加速度g取10 m/s2,再作用3 s時間,此刻小鐵塊的速度是(  )
A.12 m/s,向左 B.4 m/s,向左
C.8 m/s,向左 D.4 m/s,向右
答案 B
解析 當(dāng)施加水平向右的拉力F=6 N時,由牛頓第二定律得F-μmg=ma1
經(jīng)過4 s后的速度為v1=at1
解得a1=4 m/s2,v1=16 m/s
當(dāng)拉力大小不變,方向變成水平向左時,由牛頓第二定律得F'+μmg=ma2
解得a2=8 m/s2
當(dāng)鐵塊速度減為零時,所用時間為t2==2 s
此后小鐵塊開始向左加速,由牛頓第二定律得F'-μmg=ma3
解得a3=4 m/s2
再經(jīng)過t3=1 s的速度為v2=a3t3
解得v2=4 m/s,方向向左。故選B。
6.(2023·廣州二中高一期末)在訓(xùn)練奔跑中下肢向后的蹬踏力量時,有一種方法是讓運動員腰部系繩拖著汽車輪胎奔跑。如圖甲所示,在一次訓(xùn)練中,運動員腰部系著不可伸長的輕繩拖著質(zhì)量m=10 kg的輪胎從靜止開始沿著筆直的跑道加速奔跑,輕繩與水平跑道的夾角為53°,某時刻輕繩從輪胎上脫落,輪胎運動的v-t圖像如圖乙所示,不計空氣阻力,已知sin 53°=0.8,cos 53°=0.6,g取10 m/s2,下列說法正確的是(  )
A.t=5.6 s時,輕繩從輪胎上脫落
B.輪胎運動的總位移為16 m
C.輕繩脫落前,輪胎受到的摩擦力大小為50 N
D.輕繩對輪胎的拉力大小為70 N
答案 D
解析 根據(jù)題圖乙可知,4 s后輪胎做減速運動,所以t=4 s時,輕繩從輪胎上脫落,故A錯誤;根據(jù)v-t圖線與橫軸圍成圖形的面積表示位移可知,輪胎運動的總位移為x=×5.6×8 m=22.4 m,故B錯誤;輕繩脫落后,輪胎的加速度大小為a'==5 m/s2,根據(jù)牛頓第二定律可得μmg=ma',解得μ=0.5,輕繩脫落前,輪胎的加速度大小為a==2 m/s2,豎直方向有Fsin 53°+FN=mg,水平方向有Fcos 53°-Ff=ma,又Ff=μFN,解得F=70 N,F(xiàn)f=22 N,故C錯誤,D正確。
7.(2023 ·長春市第二實驗中學(xué)高一期末)如圖所示,Oa、Ob是豎直平面內(nèi)兩根固定的光滑細桿,O、a、b、c位于同一圓周上,c為圓周的最高點,a為最低點。每根桿上都套著一個小滑環(huán),兩個滑環(huán)都從O點無初速度釋放,用t1、t2分別表示滑環(huán)到達a、b兩點所用的時間,另有一個小球從c點自由下落到a點所用的時間為t3,則下列關(guān)系正確的是(  )
A.t1=t3t2=t3
C.t1=t2=t3 D.無法確定
答案 A
解析 設(shè)Ob與豎直方向的夾角為θ,由幾何關(guān)系得Oa與豎直方向的夾角為θ,則滑環(huán)沿Oa和Ob下滑時的加速度大小為a1=gcos ,a2=gcos θ,設(shè)圓的半徑為R,根據(jù)幾何關(guān)系可知Oa和Ob的長分別為LOa=2Rcos ,LOb=2R,根據(jù)運動學(xué)公式可得LOa=a1,LOb=a2,解得t1=,t2=>t1,而從c點自由下落到a點,為自由落體運動,所以所用時間為t3==t1,則t1=t3二、多項選擇題:本題共4小題,每小題6分,共24分。在每小題給出的四個選項中,有多項符合題目要求。全部選對的得6分,選對但不全的得3分,有選錯的得0分。
8.(2025·邢臺市高一期末)小明站在自動扶梯的水平踏板上,隨扶梯一起斜向上做勻減速直線運動,如圖所示。下列說法正確的是(  )
A.小明處于超重狀態(tài)
B.小明處于失重狀態(tài)
C.小明對踏板的靜摩擦力水平向左
D.小明對踏板的靜摩擦力水平向右
答案 BC
解析 小明隨扶梯一起斜向上做勻減速直線運動,則小明的加速度斜向下,將加速度分解到水平和豎直方向得ax=acos θ,方向水平向右,ay=asin θ,方向豎直向下,則小明水平方向受靜摩擦力作用Ff=max=macos θ,方向水平向右,根據(jù)牛頓第三定律可知,小明對踏板的靜摩擦力水平向左,C正確,D錯誤;小明具有方向豎直向下的分加速度,則小明處于失重狀態(tài),A錯誤,B正確。
9.如圖甲所示,小物塊從足夠長的固定的光滑斜面上由靜止自由滑下,小物塊的位移x和時間的平方t2的關(guān)系如圖乙所示,g取10 m/s2,下列說法正確的是(  )
A.小物塊的加速度大小恒為2.5 m/s2
B.斜面傾角為30°
C.小物塊2 s末的速度是5 m/s
D.小物塊第2 s內(nèi)的平均速度大小為7.5 m/s
答案 BD
解析 由x=at2,可知x-t2圖像中圖線的斜率為a= m/s2,解得a=5 m/s2,A錯誤;由牛頓第二定律可得mgsin θ=ma,解得θ=30°,B正確;小物塊2 s末的速度是v2=at2=10 m/s,C錯誤;小物塊1 s末的速度為v1=at1=5 m/s,第2 s內(nèi)的平均速度大小為==7.5 m/s,D正確。
10.(2025·河南高一期末)質(zhì)量為60 kg的人站在升降機中的體重計上,當(dāng)升降機做下列各種運動時,體重計的讀數(shù)用M表示,g取10 m/s2,則(  )
A.升降機以1 m/s2的加速度加速上升時,人處于超重狀態(tài)
B.升降機以1 m/s2的加速度減速上升時,M為54 kg
C.升降機以1.5 m/s2的加速度加速下降時,人處于超重狀態(tài)
D.升降機以1.5 m/s2的加速度減速下降時,M為51 kg
答案 AB
解析 升降機以1 m/s2的加速度加速上升時,加速度向上,人處于超重狀態(tài),升降機以1.5 m/s2的加速度加速下降時,加速度向下,人處于失重狀態(tài),故A正確,C錯誤;
升降機以1 m/s2的加速度減速上升時,加速度向下,根據(jù)牛頓第二定律有mg-FN=ma
代入數(shù)據(jù)解得FN=540 N
而根據(jù)牛頓第三定律有FN=Mg,解得M=54 kg,故B正確;
升降機以1.5 m/s2的加速度減速下降時,加速度向上,根據(jù)牛頓第二定律有FN'-mg=ma'
代入數(shù)據(jù)解得FN'=690 N
根據(jù)牛頓第三定律有FN'=Mg
解得M=69 kg,故D錯誤。
11.很多智能手機都有加速度傳感器,能通過圖像顯示加速度情況,用手掌托著智能手機,打開加速度傳感器,把手機向上拋出,然后又在拋出點接住手機,得到如圖所示的加速度隨時間變化的圖像,圖中t1=0.38 s,t2=0.55 s,t3=0.66 s,t4=1.26 s,重力加速度g取10 m/s2,由此可判斷出(  )
A.t1時刻手機的速度最大
B.t2時刻手機離開手掌
C.t3時刻手機處于失重狀態(tài)
D.手機離開手掌后上升的最大高度為0.45 m
答案 CD
解析 t1時刻,手機的加速度最大,方向向上,與速度方向相同,手機向上加速,則速度不是最大,故A錯誤;t2時刻,手機的加速度為零,則手機所受的合力為零,不可能離開手掌,故B錯誤;t3時刻,手機的加速度方向向下,處于失重狀態(tài),故C正確;手機在t3=0.66 s時離開手掌,做豎直上拋運動,t4=1.26 s時在拋出點被接住,則手機離開手掌后上升的最大高度h=gt2=×10× m=0.45 m,故D正確。
三、非選擇題:本題共3小題,共41分。
12.(12分)(2025·浙江高一階段練習(xí))質(zhì)量為1 kg的小型無人機執(zhí)行拍攝任務(wù),從地面豎直向上起飛,勻加速5 s后達到最大速度10 m/s,繼續(xù)勻速上升一段時間后,勻減速2 s恰好懸停在預(yù)定高度65 m的位置,無人機在運動過程所受的恒定阻力為2 N,g取10 m/s2。求:
(1)(3分)無人機勻加速過程的加速度大小;
(2)(4分)無人機勻加速過程的升力大小;
(3)(5分)無人機從地面到預(yù)定高度的平均速度大小。
答案 (1)2 m/s2 (2)14 N (3)6.5 m/s
解析 (1)由加速度定義式a=
代入數(shù)據(jù)得a== m/s2=2 m/s2
(2)由題意知阻力F阻=2 N,設(shè)無人機勻加速過程的升力大小為F,由牛頓第二定律得F-mg-F阻=ma
解得F=14 N
(3)向上加速時間t1=5 s,最大速度為v=10 m/s,h1=t1=25 m
向上減速時間t2=2 s,h2=t2=10 m
向上勻速位移h3=65 m-25 m-10 m=30 m
故勻速時間為t3==3 s,總時間為t總=t1+t2+t3=10 s
平均速度==6.5 m/s。
13.(14分)圖甲是珠海某公園滑草場的滑道,滑道由4條各自獨立、完全相同的滑道組成,游客可以坐滑草車沿滑道由靜止滑下。將滑道簡化成圖乙,游客從高度為h=62 m的A點由靜止滑下,傾斜滑道傾角為θ=18°,動摩擦因數(shù)為μ1=0.3,然后進入動摩擦因數(shù)為μ2=0.25的水平滑道中繼續(xù)滑行至C停下,傾斜滑道與水平滑道平滑連接,已知滑草車的質(zhì)量m=10 kg,游客的質(zhì)量M=40 kg。(sin 18°=0.31,cos 18°=0.95,g取10 m/s2),求:
(1)(6分)游客在水平滑道滑行的位移大小;
(2)(4分)游客從A滑到C全過程的總時間t;
(3)(4分)滑草車在水平段上滑行時車對游客的作用力大小。
答案 (1)20 m (2)44 s (3)100 N
解析 (1)設(shè)沿傾斜滑道下滑的加速度為a1,根據(jù)牛頓第二定律得
(M+m)gsin θ-μ1(M+m)gcos θ=(M+m)a1
代入數(shù)據(jù)解得a1=0.25 m/s2
L1==200 m
設(shè)滑到傾斜滑道底端的速度為v,則有
v2=2a1L1
代入數(shù)據(jù)解得v=10 m/s
設(shè)在水平滑道滑行的加速度大小為a2,則有
μ2(M+m)g=(M+m)a2
解得a2=2.5 m/s2
設(shè)游客在水平滑道滑行的位移為L2,則有
v2=2a2L2
代入數(shù)據(jù)解得L2=20 m
(2)游客在AB段上做勻加速運動
L1=a1
代入數(shù)據(jù)解得t1=40 s
游客在水平段上做勻減速運動,由逆向思維得
L2=a2
代入數(shù)據(jù)解得t2=4 s
t總=t1+t2=44 s
(3)游客在水平段滑行的加速度大小為a2=2.5 m/s2,由牛頓第二次定律知,游客受到滑草車對其向左的摩擦力,F(xiàn)f=Ma2=100 N,游客在豎直方向上受力平衡,所以滑草車對游客向上的支持力大小為FN=Mg=400 N,
車對游客的作用力大小為
F== N=100 N。
14.(15分)(2025·汕頭市高一期末)如圖甲所示,傾角θ為37°的粗糙斜面上一質(zhì)量m=2.0 kg的木塊,在平行于斜面的恒力F的作用下,從靜止開始加速向上運動,一段時間后再撤去F,乙圖給出了木塊在0~0.8 s內(nèi)的速度—時間圖像,假設(shè)斜面足夠長,sin 37°= 0.6,cos 37°= 0.8,g取10 m/s2,試求:
(1)(5分)木塊與斜面間的動摩擦因數(shù)μ;
(2)(4分)拉力F的大小;
(3)(6分)0~1.1 s內(nèi)木塊所發(fā)生的位移。
答案 (1)0.25 (2)24 N (3)1 m,方向沿斜面向上
解析 (1)由圖像可知0.6~0.8 s內(nèi)木塊做勻減速直線運動,根據(jù)圖像斜率可求得該段運動的加速度大小為a2= m/s2=8 m/s2
0.6~0.8 s內(nèi)根據(jù)牛頓第二定律可得mgsin 37°+μmgcos 37°=ma2
解得木塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為μ=0.25
(2)0~0.6 s內(nèi)木塊做勻加速直線運動,根據(jù)圖像斜率可求得該段運動的加速度大小為a1= m/s2=4 m/s2
0~0.6 s內(nèi)根據(jù)牛頓第二定律可得F-mgsin 37°-μmgcos 37°=ma1
解得F=24 N
(3)由圖像可知t2=0.9 s時木塊的速度為0,在斜面上運動到最高點,沿斜面向上為正方向,由圖線與時間軸圍成的面積可求位移為x1= m=1.08 m
0.9~1.1 s內(nèi),因為mgsin 37°>μmgcos 37°,故木塊沿斜面向下做勻加速運動,設(shè)加速度大小為a3,根據(jù)牛頓第二定律可得mgsin 37°-μmgcos 37°=ma3
解得a3=4 m/s2
0.9~1.1 s內(nèi)木塊沿斜面向下運動的位移為x2=-a3(t3-t2)2
解得x2=-0.08 m
0~1.1 s內(nèi)木塊運動的位移為x=x1+x2=1 m,方向沿斜面向上。

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