题组层级快练(十四)
一、选择题
1.(2016·上海十二校联考)如图所示,质量为m 1和m 2的两物块放在
光滑的水平地面上.用轻质弹簧将两物块连接在一起.当用水平力F
作用在m 1上时,两物块均以加速度a 做匀加速运动,此时,弹簧伸长量为x ;若用水平力F′作用在m 1上时,两物块均以加速度a′=2a 做匀加速运动,此时弹簧伸长量为x′.则下列关系正确的是( )
A .F′=2F
B .x′=2x
C .F′>2F
D .x′<2x
答案 AB
解析 取m 1和m 2为一整体,应用牛顿第二定律可得:F =(m 1+m 2)a.弹簧的弹力F T ==kx.当两物块的加速度增为原来的2倍,拉力F 增为原来的2倍,F T 增为原来的2m2F
m1+m2倍,弹簧的伸长量也增为原来的2倍,故A 、B 两项正确.
2.如图为应用于火车站的安全检查仪的简化模型,紧绷的传送带始终
保持v =1 m/s 的恒定速率运行.旅客把行李无初速度地放在A 处,
设行李与传送带之间的动摩擦因数μ=0.1,A 、B 间的距离为2 m ,g 取10 m/s 2.若乘客把行李放到传送带的同时也以v =1 m/s 的恒定速率平行于传送带运动到B 处取行李,则(
)A .乘客与行李同时到达B 处
B .乘客提前0.5 s 到达B 处
C .行李提前0.5 s 到达B 处
D .若传送带速度足够大,行李最快也要2 s 才能到达B 处
答案 BD
解析 行李放在传送带上,传送带对行李的滑动摩擦力使行李开始做匀加速直线运动,随后行李又以与传送带相等的速率做匀速直线运动.加速度为a =μg=1 m/s 2,历时
t 1==1 s 达到共同速度,位移x 1=t 1=0.5 m ,此后行李匀速运动t 2==1.5 s
v a v 2 2 m -x1v 到达B ,共用2.5 s ;乘客到达B ,历时t ==2 s ,故B 项正确.若传送带速度足够大,
2 m v 行李一直加速运动,最短运动时间t min == s =2 s ,D 项正确.
2L a 2×2
13.(2016·湖北八校联考)质量分别为M 和m 的物块形状大小均相同,将它们通过轻绳跨过光滑定滑轮连接,如图甲所示,绳子平行于倾角为α的斜面,M 恰好能静止在斜面上,不考虑M 、m 与斜面之间的摩擦.若互换两物块位置,按图乙放置,然后释放M ,斜面仍保持
静止.则下列说法正确的是( )
A .轻绳的拉力等于Mg
B .轻绳的拉力等于mg
C .M 运动的加速度大小为(1-sinα)g
D .M 运动的加速度大小为g
M -m M 答案 BC
解析 互换位置前,M 静止在斜面上,则有:Mgsinα=mg ,互换位置后,对M 有Mg -F T =Ma ,对m 有:F′T -mgsinα=ma ,又F T =F′T ,解得:a =(1-sinα)
g ,F T =mg ,故A 、D 两项错误,B 、C 两项正确.
4.(2016·哈尔滨市三中学一模)如图所示,光滑水平面上放置着四个
相同的木块,其中木块B 与C 之间用一轻弹簧相连,轻弹簧始终在弹
性限度内.现用水平拉力F 拉B 木块,使四个木块以相同的加速度一起加速运动,则以下说法正确的是( )
A .一起加速过程中,C 木块受到四个力的作用
B .一起加速过程中,D 所受到的静摩擦力大小为F 4
C .一起加速过程中,A 、
D 木块所受摩擦力大小和方向相同
D .当F 撤去瞬间,A 、D 木块所受静摩擦力的大小和方向都不变
答案 BC
解析 水平拉力F 的作用下,四个木块以相同的加速度一起加速运动,则由牛顿第二定律可知,对整体有F =4ma ,对A 、D 木块有f A =f D =ma ,解得A 、D 木块所受摩擦力大小
f A =f D =,方向均水平向右,故BC 两项正确;一起加速过程中,C 木块受到重力、D 木块F 4对其的压力和静摩檫力、地面对其的支持力及弹簧对其的弹力,共五个力的作用,故A 项错误;当F 撤去瞬间,弹簧弹力不变,A 、D 木块所受静摩擦力的大小不变,但方向相反,故D 项错误.故B 、C 两项正确.
5.如图,物体A 叠放在物体B 上,B 置于光滑水平面上,A 、B 质量分别为m A =6 kg 、m B =2 kg ,A 、B 之间的动摩擦因数是0.2,开始时F =10 N ,此后逐渐增加,在增大到45 N 的过程中,则( )
A .当拉力F <12 N 时,两物体均保持静止状态
B .两物体开始没有相对运动,当拉力超过12 N 时,开始相对滑动
C .两物体间从受力开始就有相对运动
D .两物体间始终没有相对运动
答案 D
解析 当A 、B 间摩擦力达到最大静摩擦力时,A 、B 发生相对滑动,则对B 有
a B ==6 m/s 2.对整体有:拉力F =(m A +m B )a B =48 N ,当拉力达到48 N 时,A 、B 才μmAg mB 发生相对滑动,所以开始时F =10 N ,此后逐渐增加,在增大到48 N 的过程中,两物体间始终没有相对运动,相对于地面是运动的.故D 项正确.
6.(2016·南阳模拟)如图所示,在水平桌面上叠放着质量均为M 的A 、B
两块木板,在木板A 的上面放着一个质量为m 的物块C ,木板和物块均
处于静止状态.A 、B 、C 之间以及B 与地面之间的动摩擦因数都为μ.若用水平恒力F 向右拉动木板A ,使之从C 、B 之间抽出来,已知重力加速度为g ,则拉力F 的大小应该满足的条件是(已知最大静摩擦力的大小等于滑动摩擦力)( )
A .F >μ(2m+M)g
B .F >μ(m+2M)g
C .F >2μ(m+M)g
D .F >2μmg
答案 C
解析 无论F 多大,摩擦力都不能使B 向右滑动,而滑动摩擦力能使C 产生的最大加速度
为μg,故>μg 时,即F >2μ(m+M)g 时A 可从B 、C 之间抽出,
F -μmg -μ(m +M )g M C 项正确.
7.如图,在光滑水平面上放着紧靠在一起的A 、B 两物体,B 的质量是A 的2倍,B 受到水平向右的恒力F B =2 N ,A 受到的水平向右的变力F A =(9-2t) N ,t 的单位是s.从t =0开始计时,则( )
A .A 物体在3 s 末时刻的加速度是初始时刻的倍
511B .t >4 s 后,B 物体做匀加速直线运动
C .t =4.5 s 时,A 物体的速度为零
D .t >4.5 s 后,A 、B 的加速度方向相反
答案 ABD
解析 对于A 、B 整体,据牛顿第二定律,有F A +F B =(m A +m B )a ,设A 、B 间的作用力为F ,则对于B ,据牛顿第二定律,可得F +F B =m B a ,
解得F =m B -F B = N.
FA +FB mA +mB 16-4t 3当t =4 s 时F =0,A 、B 两物体开始分离,此后B 做匀加速直线运动,而A 做加速度逐渐减小的加速运动.当t =4.5 s 时A 物体的加速度为零而速度不为零;t >4.5 s 后,A 所受
合外力反向,即A 、B 的加速度方向相反.当t <4 s 时,A 、B 的加速度均为a =.综FA +FB
mA +mB 上所述,选项A 、B 、D 正确.
8.如图所示,光滑水平面上放置一斜面体A ,在其粗糙斜面上静止一
物块B ,开始时A 处于静止.从某时刻开始,一个从0逐渐增大的水
平向左的力F 作用在A 上,使A 和B 一起向左做变加速直线运动.则
在B 与A 发生相对运动之前的一段时间内( )
A .
B 对A 的压力和摩擦力均逐渐增大
B .B 对A 的压力和摩擦力均逐渐减小
C .B 对A 的压力逐渐增大,B 对A 的摩擦力逐渐减小
D .B 对A 的压力逐渐减小,B 对A 的摩擦力逐渐增大
答案 D
解析 对物体进行受力分析,如图所示,将加速度进行分解,设斜面的倾角为θ.
根据牛顿第二定律,得
垂直于斜面方向mgcosθ-N =masinθ
平行于斜面方向f -mgsinθ=macosθ
得到N =mgcosθ-masinθ
f =mgsinθ+macosθ
可见,当加速度a 增大时,支持力N 减小,摩擦力f 增大,根据牛顿第三定律得知,B 对A 的压力逐渐减小,B 对A 的摩擦力逐渐增大.故A 、B 、C 项错误,D 项正确.
9.(2016·昆明检测)如图甲所示,质量m A =1 kg ,m B =2 kg 的A 、B 两物块叠放在一起静止于粗糙水平地面上.t =0时刻,一水平恒力F 作用在物块B 上,t =1 s 时刻,撤去
F ,B 物块运动的速度—时间图像如图乙所示,若整个过程中A 、B 始终保持相对静止,则( )
A .物块
B 与地面间的动摩擦因数为0.2
B .1~3 s 内物块A 不受摩擦力作用
C .0~1 s 内物块B 对A 的摩擦力大小为4 N
D .水平恒力的大小为12 N
答案 AC
解析 在v -t 图像中图线的斜率大小等于物块运动的加速度大小,则a 1=4 m/s 2,a 2=2 m/s 2,对两物块受力分析,由牛顿第二定律可得:F -μ(m A +m B )g =(m A +m B )a 1,μ(m A +m B )
g =(m A +m B )a 2,解得:μ==0.2,F =18 N ,A 项正确,D 项错误;1~3 s 内两物块一a2g 起运动,物块A 也具有水平向左的加速度,对其受力分析,可知:B 对A 施加了水平向左的静摩擦力,B 项错误;同理在0~1 s 内物块A 也具有水平向右的加速度,对其受力分析,可知:B 对A 施加了水平向右的静摩擦力,由牛顿第二定律可得:F f =m A a 1=4
N ,C 项正确.
10.三角形传送带以1 m/s 的速度逆时针匀速转动,两边的传送带
长都是2 m ,且与水平方向的夹角均为37°.现有两个小物块A 、B
从传送带顶端都以v 0的初速度沿传送带下滑,物块与传送带间的
动摩擦因数都是0.5,下列说法正确的是( )
A .若v 0≥1 m/s ,则物块A 先到达传送带底端
B .若v 0≥1 m/s ,则物块A 、B 同时到达传送带底端
C .若v 0<1 m/s ,则物块A 先到达传送带底端
D .若v 0<1 m/s ,则物块A 、B 同时到达传送带底端
答案 BC
解析 因为μ<tan37°,若v 0≥1 m/s ,两物块以相同的初速度和加速度沿传送带匀加速下滑,所以物块A 、B 同时到达传送带底端,B 选项正确;若v 0<1 m/s ,物块B 一直匀加速下滑,物块A 先加速到与传送带共速,再与B 相等的加速度匀加速下滑,所以物块A 先到达传送带底端,即C 选项正确.
二、非选择题
11.如图所示,木块A 、B 的质量分别为m
1、m 2,紧挨着并排放在光滑
的水平面上,A 与B 的接触面垂直于图中纸面且与水平面成θ角,A
与B 间的接触面光滑.现施加一个水平力F 于A ,使A 、B 一起向右运动,且A 、B 不发生
相对运动,求F 的最大值.
答案
m1(m1+m2)gtan θm2解析 A 、B 一起向右做匀加速运动,F 越大,加速度a 越大,水平面对A 的弹力F NA 越小,
A 、
B 不发生相对运动的临界条件是F NA =0,此时木块A 受到重力m 1g 、B 对A 的弹力F N 和水平力F 三个力的作用.根据牛顿第二定律,有
F -F N sinθ=m 1a ,
F N cosθ=m 1g ,
F =(m 1+m 2)a ,
由以上三式可得,
F 的最大值为F =.
m1(m1+m2)gtan θm212.(2016·昆明统测)如图所示,质量M =1 kg 的木板A 静止在水平地面上,在木板的左端放置一个质量m =1 kg 的铁块B(大小可忽略),铁块与木块间的动摩擦因数μ1=0.3,木板长L =1 m ,用F =5 N 的水平恒力作用在铁块上,g 取10 m/s 2.
(1)若水平地面光滑,计算说明铁块与木板间是否会发生相对滑动;
(2)若木板与水平地面间的动摩擦因数μ2=0.1,求铁块运动到木板右端所用的时间.答案 (1)不会 (2) s
2解析 (1)A 、B 之间的最大静摩擦力为
f m >μ1m
g =0.3×1×10 N =3 N
假设A 、B 之间不发生相对滑动,则
对A 、B 整体:F =(M +m)a
对A :f AB =Ma
解得:f AB =2.5 N
因f AB (2)对B :F -μ1mg =ma B 对A :μ1mg -μ2(M +m)g =Ma A 据题意:x B -x A =L x A =a A t 2;x B =a B t 2 121 2解得:t = s. 213.如图所示为仓库中常用的传送带传输装置示意图,它由两台传送机组成,一台水平传送,A 、B 两端相距3 m ,另一台倾斜,传送带与地面的倾角θ=37°,C 、D 两端相距 3.05 m ,B 、C 相距很近.水平部分AB 以5 m/s 的速率顺时针转动.将质量为10 kg 的一袋大米放在A 端,到达B 端后,速度大小不变地传到倾斜的CD 部分,米袋与传送带间的动摩擦因数均为0.5.求:(重力加速度g 取10 m/s 2) (1)若CD 部分传送带不运转,求米袋沿传送带所能上升的最大距离; (2)若要米袋能被送到D 端,求CD 部分顺时针运转的速度v CD 应满足的条件及米袋从C 端到D 端所用时间t 的取值范围(结果可用根号表示). 答案 (1)1.25 m (2)v CD ≥3 m/s s≤t≤1.7 s 25-8510解析 (1)米袋在AB 上运动时,由牛顿第二定律,得 μmg=ma 0,解得加速度为:a 0==μg=5 m/s 2 μmg m 米袋的速度达到v 0=5 m/s 时,滑行的距离为:s 0==2.5 m v022a0因此米袋在到达B 点之前就有了与传送带相同的速度, 设米袋在CD 上运动的加速度大小为a , 由牛顿第二定律,得mgsinθ+μmgcosθ=ma , 代入数据解,得a =10 m/s 2 所以能上升的最大距离:s ==1.25 m. v022a (2)设CD 部分运转速度为v 1时米袋恰能到达D 点(即米袋到达D 点时速度恰好为零),由牛顿第二定律可知,米袋速度减为v 1之前的加速度为:a 1=-g(sinθ+μcosθ)=-10 m/s 2, 米袋速度小于v 1至减为零前的加速度为: a 2=μgcosθ-gsinθ=-2 m/s 2, 由匀变速运动的速度位移公式,得 +=3.05 m , v12-v022a10-v122a2代入数据,解得v 1=3 m/s ,即要把米袋送到D 点,CD 部分的速度v CD ≥v 1=3 m/s. 米袋恰能运到D 点所用时间最长t max =+=1.7 s , v1-v0a10-v1a2若CD 部分传送带的速度较大,使米袋沿CD 上滑时所受摩擦力一直沿传送带向上,则所用时间最短,此种情况米袋加速度一直为a 2,设米袋在D 点的速度为v 2,由位移公式,得:v 22-v 02=2a 2s CD t min =v2-v0a2 代入数据,解得t min = s , 25-8510所以,所求的时间t 的范围为 s≤t≤1.7 s.25-8510