高一物理必修一专题整体法和隔离法的应用
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A 级 基础巩固题
1.如右图所示,长木板静止在光滑的水平地面上,一木块以速度v 滑上木板,已知木板质量是M ,木块质量是m ,二者之间的动摩擦因数为μ,那么,木块在木板上滑行时
( )
A .木板的加速度大小为μmg /M
B .木块的加速度大小为μg
C .木板做匀加速直线运动
D .木块做匀减速直线运动
答案:ABCD
解析:木块所受的合力是摩擦力μmg ,所以木块的加速度为
μmg m =μg ,做匀减速直线运动;木板同样受到摩擦力作用,其加速度为μmg M
,做匀加速直线运动,故A 、B 、C 、D 均正确.
2.如下图所示,质量均为m 的A 、B 两球之间系着一条不计质量的轻弹簧放在光滑水平面上,A 球紧靠墙壁,今用力F 将B 球向左推压弹簧,平衡后,突然将力F 撤去的瞬间,则
( )
A .A 球的加速度为F 2m
B .A 球的加速度为零
C .B 球的加速度为F m
D .B 球的加速度为零
答案:BC
解析:用力F 压B 球平衡后,说明在水平方向上,弹簧对B 球的弹力与力F 平衡,而A 球是弹簧对A 球的弹力与墙壁对A 球的弹力相平衡,当撤去了力F 的瞬间,由于弹簧的弹力是弹簧形变而产生的,这一瞬间,弹簧的形变没有消失,弹簧的弹力还来不及变化,故弹力大小仍为F ,所以B 球的加速度a B =F m
,而A 球受力不变,加速度为零,B 、C 两选项正确.
3.如下图所示,有一箱装得很满的土豆,以一定的初速度在动摩擦因数为μ的水平地面上做匀减速运动,不计其它外力及空气阻力,则中间一质量为m 的土豆A 受到其他土豆对它的作用力大小应是
( )
A .mg
B .μmg
C .mg 1+μ2
D .mg 1-μ2 答案:C
解析:对箱子及土豆整体分析知.
μMg =Ma ,a =μg .
对A 土豆分析有
F =m 2(a 2+g 2)
=(μ2+1)m 2g 2
=mg μ2+1
4.质量为50kg 的人站在质量为200kg 的车上,用绳以200N 的水平力拉车,如右图所示,车与水平地面间的摩擦可以忽略不计,人与车保持相对静止,则
( )
A .车对地保持相对静止
B .车将以0.8m/s 2的加速度向右运动
C .车将以0.4m/s 2的加速度向右运动
D .车将以1m/s 2的加速度向右运动
答案:A
解析:以人和车整体为研究对象,它们所受合外力为零,故加速度为零.车对地保持相对静止.
5.(2008·武鸣高一期末)如右图车厢顶部固定一滑轮,在跨过定滑轮绳子的两端各系一个物体,质量分别为m 1、m 2,且m 2>m 1,m 2静止在车厢底板上,当车厢向右运动时,系m 1的那段绳子与竖直方向夹角为θ,如右图所示,若滑轮、绳子的质量和摩擦忽略不计,求:
(1)车厢的加速度大小;
(2)车厢底板对m 2的支持力和摩擦力的大小.
答案:(1)g tan θ (2)m 2g -m 1g /cos θ m 2g tan θ
解析:(1)设车厢的加速度为a ,车厢的加速度与小球的加速度一致,右图为小球受力分析图,F 为m 1g 、T 的合力,tan θ=F /m 1g ,F =m 1g tan θ=m 1a ,a =g tan θ,cos θ=m 1g /T ,T =m 1g /cos θ
(2)对m 2进行受力分析可得:N +T =m 2g ,
则车厢底板对m 2的支持力为N =m 2g -m 1g /cos θ
m 2受到的摩擦力为F 合=f =m 2a =m 2g tan θ.
B 级 能力提升题
6.如下图所示,A 和B 质量相等均为m ,A 与B 之间的动摩擦因数为μ1,静摩擦因数为μ2,B 与地面之间的动摩擦因数为μ3,原来在水平拉力F 的作用下,A 和B 彼此相对静止,相对地面匀速运动(下图甲),撤消F 后,A 和B 彼此保持相对静止,相对地面匀减速运动(下图乙),则A 、B 相对地面匀减速运动的过程中,A 、B 之间的摩擦力的大小为
( )
A .μ1mg
B .μ2mg
C .μ3mg
D .F /2
答案:CD
解析:B 与地面之间的压力、支持力大小始终等于A 、B 两个物体的总重力,因此地面对B 的滑动摩擦力的大小始终为F f =μ3(2mg ).A 、B 匀速运动时,受力平衡:F =F f ,A 、B 一起以加速度a 做减速运动时,对于A 、B 组成的系统来说,地面对B 的滑动摩擦力F f 就是合外力,等于(2ma );对于A 来说,B 对A 的静摩擦力Ff 1就是合力,等于
(ma ).于是Ff 1=F f 2.综合以上三式得Ff 1=μ3mg 和Ff 1=F
2
. 7.(2007·山东高考)如图所示,物体A 靠在竖直墙面上,在力F 作用下,A 、B 保持静止.物体B 的受力个数为
( )
A.2 B.3 C.4 D.5
答案:C
解析:以A为研究对象,受力分析,有竖直向下的重力、垂直竖直墙面的水平支持力,还有B对A的支持力和摩擦力,这样才能使之平衡,根据牛顿第三定律,A对B有支持力和摩擦力,B还受到重力和推力F,所以B受四个力作用.
8.如右图所示,用轻细绳l连接质量分别为m1、m2的A、B两物体,在光滑的水平面上先后用大小相同的恒力F,向右拉物体A或向左拉物体B,使A、B一起做初速度为零的匀加速直线运动.第一种情况,绳l的张力为F T1;第二种情况下,绳l的张力为F T2.请用牛顿力学方法分析和讨论F T1和F T2的大小关系.
答案:B
解析:把A、B两物体看作一个整体,利用整体法有:
a=F
m1+m2
因A、B一起做匀加速运动,故它们的加速度都与整体加速度相同.第一种情况:隔离m2有
F T1=m2a=
m2
m1+m2
F;
第二种情况:隔离m1有
F T2=m1a=
m1
m1+m2
F.
9.如图所示,物体A的质量是1kg,放在光滑的水平桌面上,在下列两种情况下,物体A的加速度各是多大?(滑轮摩擦不计,绳子质量不计,g=10m/s2)
(1)用F=1N的力拉绳子.
(2)在绳端挂一个质量为0.1kg的物体B.
试讨论:在什么情况下绳端悬挂的物体B的重力可近似等于物体A所受到的拉力?
答案:见解析
解析:(1)对A,由牛顿第二定律得,加速度a1=F
m A
=
1
1
m/s2=1m/s2.
(2)A、B的加速度相等,对A、B组成的系统,由牛顿第二定律得,加速度a2=
m B g m A+m B
=错误!m/s2≈0.91m/s2.由于A、B组成的系统的加速度a=错误!,对A,由牛顿第二定
律得,绳的拉力F′=m A a=m A m B g
m A+m B =
m B g
1+
m B
m A
.可见,只有当m B≪m A时,可近似认为F′=m B g.
10.如图所示,一块质量为M的木板沿倾斜角为θ的斜面无摩擦地下滑,现要使木板保持匀速,则质量为m的人向下奔跑的加速度是多少?
答案:m+M
m
g sinθ
解析:设木板受摩擦力F f1,人受摩擦力F f2,两者是作用力与反作用力.因为木板匀速,所以沿斜面方向有:Mg sinθ=F f1,由牛顿第三定律F f1=F f2又由牛顿第二定律对人有:mg sinθ+F f2=ma
所以a=m+M
m
g sinθ.