一、第四章 运动和力的关系易错题培优(难)1.沿平直公路匀速行驶的汽车上,固定着一个正四棱台,其上、下台面水平,如图为俯视示意图。
在顶面上四边的中点a 、b 、c 、d 沿着各斜面方向,同时相对于正四棱台无初速释放4个相同小球。
设它们到达各自棱台底边分别用时T a 、T b 、T c 、T d ,到达各自棱台底边时相对于地面的机械能分别为E a 、E b 、E c 、E d (取水平地面为零势能面,忽略斜面对小球的摩擦力)。
则有( )A .a b c d T T T T ===,a b d c E E E E >=>B .a b c d T T T T ===,a b d c E E E E ==>C .a b d d T T T T <=<,a b d c E E E E >=>D .a b d d T T T T <=<,a b d cE E E E === 【答案】A 【解析】 【分析】由题意可知,根据相对运动规律可以确定小球的运动状态,根据功的计算式,通过判断力和位移的夹角可判断弹力做功的情况,从而确定落地时的动能。
【详解】根据“沿平直公路匀速行驶的汽车上,固定着一个正四棱台”,因为棱台的运动是匀速运动,可以选棱台作为参考系,则a 、b 、c 、d 的加速度大小相等,故有a b c d T T T T ===判断a 、b 、c 、d 的机械能的变化,只需比较弹力做功的情况即可,根据弹力方向与位移方向的夹角可知,由于b 、d 弹力不做功,机械能不变;a 弹力做正功,机械能增加;c 弹力做负功,机械能减小。
故有a b d c E E E E >=>结合上面二个关系式,故A 正确。
故选A 。
【点睛】本题要注意正确选择参考平面,机械能的变化看除重力之外的其它力做功的情况即可。
其它力做正功,机械能增加;其它力做负功,机械能减小,其它力不做功,机械能守恒。
2.如图所示,将质量为2m的长木板静止地放在光滑水平面上,一质量为m的小铅块(可视为质点)以水平初速v0由木板A端滑上木板,铅块滑至木板的B端时恰好与木板相对静止。
已知铅块在滑动过程中所受摩擦力始终不变。
若将木板分成长度与质量均相等的两段后,紧挨着静止放在此水平面上,让小铅块仍以相同的初速v0由左端滑上木板,则小铅块将()A.滑过B端后飞离木板B.仍能滑到B端与木板保持相对静止C.在滑到B端前就与木板保持相对静止D.以上三答案均有可能【答案】C【解析】【分析】【详解】在第一次在小铅块运动过程中,小铅块与木板之间的摩擦力使整个木板一直加速,第二次小铅块先使整个木板加速,运动到B部分上后A部分停止加速,只有B部分加速,加速度大于第一次的对应过程,故第二次小铅块与B木板将更早达到速度相等,所以小铅块还没有运动到B的右端,两者速度相同。
故选C。
考点:牛顿第二定律。
3.一足够长的木板B静置于光滑水平面上,如图甲所示,其上放置小滑块A,木板B受到随时间t变化的水平拉力F作用,木板加速度a随力F变化的a﹣F图象如图乙所示,g取10m/s2,下判定错误的是A.木板B的质量为1kgB.当F=10N时木板B加速度为4m/s2C.滑块A的质量为4kgD.当F=10N时滑块A的加速度为2m/s2【答案】C【解析】【分析】 【详解】AC .当F 等于8N 时,加速度为a =2m/s 2,对整体分析,由牛顿第二定律有F =(M +m )a ,代入数据解得M +m =4kg当F 大于8N 时,对B 由牛顿第二定律得:1F mg mga F M M Mμμ-==- 由图示图象可知,图线的斜率12186a k M F ∆====∆- 解得,木板B 的质量M =1kg ,滑块A 的质量为m =3kg .故A 正确,不符合题意;C 错误,符合题意.B .根据F 大于8N 的图线知,F =6N 时,a =0m/s 2,由1mg a F M Mμ=- 可知:13100611μ⨯⨯=⨯- 解得μ=0.2由图示图象可知,当F =10N 时,滑块与木板相对滑动,B 的加速度为2110.2310104m/s 11B mg a a F M M μ⨯⨯==-=⨯-= 故B 正确,不符合题意;D .当F =10N 时,A 、B 相对滑动,木块A 的加速度22m/s A Mga g Mμμ===故D 正确,不符合题意. 故选C . 【点睛】本题考查牛顿第二定律与图象的综合,知道滑块和木板在不同拉力作用下的运动规律是解决本题的关键,掌握处理图象问题的一般方法,通常通过图线的斜率和截距入手分析.4.如图所示,在一个倾角未知的、粗糙的、足够长的斜坡上,现给箱子一个沿坡向下的初速度,一段时间后箱子还在斜面上滑动,箱子和小球不再有相对运动,此时绳子在图中的位置(图中ob 绳与斜坡垂直,od 绳沿竖直方向)( )A.可能是a、b B.可能是b、c C.可能是c、d D.可能是d、e【答案】CD【解析】【分析】【详解】设斜面的倾角为θ,绳子与斜面垂直线的夹角为β。
据题意箱子和小球不再有相对运动,则它们的加速度相同。
对箱子和小球整体作受力分析,易知:如果斜面对箱子的摩擦力小于整体的重力沿斜面的分力,整体将沿斜面向下做匀加速运动,且加速度小于g sinθ;如果斜面对箱子的摩擦力恰等于整体的重力沿斜面的分力,整体将沿斜面向下做匀速运动;如果斜面对箱子的摩擦力大于整体的重力沿斜面的分力,整体将沿斜面向下做匀减速运动。
再对小球作受力分析如图,根据牛顿第二定律分析如下:对oa情况有mg sinθ+ F T sinβ=ma必有a>g sinθ,即整体以加速度大于g sinθ沿斜面向下做匀加速运动,所以oa不可能。
对ob情况有mg sinθ=ma得a=g sinθ,即整体以加速度等于g sinθ沿斜面向下做匀加速运动,所以ob不可能。
对oc情况有mg sinθ- F T sinβ=ma必有a<g sinθ,即整体以加速度小于g sinθ沿斜面向下做匀加速运动,所以oc可能。
对od情况有a=0,即整体沿斜面向下做匀速直线运动,所以oc可能。
对oe情况有F T cosβ-mg cosθ=0mg sinθ-F T sinβ=ma因β>θ,所以a<0,加速度沿斜面向上,即整体沿斜面向下做匀减速运动,所以oe可能。
由以上分析可知:绳子在图中的位置处于oa、ob均不可能,处于oc、od、oe均可能。
故选CD。
5.如图所示,A 、B 、C 三个物体静止叠放在水平桌面上,物体A 的质量为2m ,B 和C 的质量都是m ,A 、B 间的动摩擦因数为μ,B 、C 间的动摩擦因数为4μ,B 和地面间的动摩擦因数为8μ.设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g .现对A 施加一水平向右的拉力F ,则下列判断正确的是A .若A 、B 、C 三个物体始终相对静止,则力F 不能超过32μmg B .当力F =μmg 时,A 、B 间的摩擦力为34mg μ C .无论力F 为何值,B 的加速度不会超过34μg D .当力F >72μmg 时,B 相对A 滑动 【答案】AB 【解析】 【分析】 【详解】A.A 与B 间的最大静摩擦力大小为:2μmg,C 与B 间的最大静摩擦力大小为:4mgμ,B 与地面间的最大静摩擦力大小为:8μ(2m+m+m )=2mg μ;要使A ,B ,C 都始终相对静止,三者一起向右加速,对整体有:F-2mgμ=4ma ,假设C 恰好与B 相对不滑动,对C有:4mgμ=ma ,联立解得:a=4g μ,F=3μ2mg ;设此时A 与B 间的摩擦力为f ,对A 有:F-f=2ma ,解得f=μmg 2μ<mg ,表明C 达到临界时A 还没有,故要使三者始终保持相对静止,则力F 不能超过32μmg ,故A 正确. B.当力F =μmg 时,由整体表达式F-2mgμ=4ma 可得:a=1μ8g ,代入A 的表达式可得:f=3μ4mg,故B 正确. C.当F 较大时,A,C 都会相对B 滑动,B 的加速度就得到最大,对B 有:2μmg -4mgμ-2mgμ=ma B ,解得a B =5μ4g ,故C 错误.D.当A 恰好相对B 滑动时,C 早已相对B 滑动,对A 、B 整体分析有:F-2mgμ-4mgμ=3ma 1,对A 有:F-2μmg=2ma 1,解得F=92μmg ,故当拉力F>92μmg 时,B 相对A 滑动,D 错误.胡选:A 、B.6.如图所示,质量为M 的三角形斜劈C 放置在水平地面上,左右两侧的斜面与水平地面的夹角分别为37︒和53︒,斜面光滑且足够长,质量均为m 的两物块A 、B 分别放置在左右两侧的斜面上,两物块用一根跨过斜劈顶端定滑轮的细线拴接,细线绷紧且与对应斜面平行,不计细线与滑轮处的摩擦以及滑轮的质量,重力加速度为g ,两物块由静止释放,斜劈始终保持静止不动,sin370.6︒=,cos370.8︒=,则在A 、B 两物块开始运动之后的过程中,下列说法正确的是( )A .物块A 沿斜面向上加速运动的加速度大小为0.1gB .细线中的拉力大小为0.7mgC .斜劈C 给地面的摩擦力大小为0D .斜劈对地面的压力大小为()M m g + 【答案】AB 【解析】 【分析】 【详解】AB .设细线上的拉力大小为T ,物块的加速度大小为a ,对B 受力分析sin 53mg T ma ︒-=对A 受力分析sin 37T mg ma -︒=解得0.7T mg = 0.1a g =故选项AB 正确;C .整体分析,物块A 向右上方加速,物块B 向右下方加速,斜劈C 静止不动,所以系统向右的动量增加,地面给斜劈C 的摩擦力方向水平向右,不为0,故选项C 错误;D .对C 受力分析,在竖直方向上有cos37cos37cos53cos53sin37sin53mg mg T T Mg N ︒︒+︒︒+︒+︒+=解得1.98N M m g =+()故选项D 错误。
故选AB 。
7.如图所示,一倾角为θ的倾斜传送带以速度v 顺时针匀速运转,t =0时刻,一小滑块(可视为质点)从传送带底端处以初速度v 0沿传送带向上滑上传送带,在t 0时刻离开传送带.则下列描述小滑块的速度随时间变化的关系图象可能正确的是A .B .C .D .【答案】ABD 【解析】 【分析】 【详解】ACD.根据题意,设传送带倾角为θ,动摩擦因数μ.若:sin cos mg mg θμθ>滑块沿斜面的合力不可能为0,也就不可能匀速运动.若v 0>v ,滑动摩擦力沿传送带向下,合力是滑动摩擦力和重力沿传送带分力之和; 减速v 0=v 之后,滑动摩擦力沿传送带向上,合力是滑动摩擦力和重力沿传送带分力之差,也就是加速度变小,当传送带较短时,滑块将从上端离开传送带,不会反向运动,当传送带较长时,滑块速度减小为0后,后反向运动从传送带下端离开,故C 错误,AD 正确; B.若sin cos mg mg θμθ<若v 0<v ,沿斜面方向合力沿斜面向上物块匀加速,当加速到与传送带速度相等时,做匀速运动,滑块与传送带之间是静摩擦力,故B 正确.8.如右图,木箱内有一竖直放置的弹簧,弹簧上方有一物块;木箱静止时弹簧处于压缩状态且物块压在箱顶上.若在某一段时间内,物块对箱顶刚好无压力,则在此段时间内,木箱的运动状态可能为A .加速下降B .加速上升C .减速上升D .减速下降【答案】BD 【解析】 【分析】 【详解】木箱静止时物块对箱顶有压力,则物块受到箱顶向下的压力,当物块对箱顶刚好无压力时,物体受到的合力向上,所以系统应该有向上的加速度,是超重,物体可能是向上加速,也可能是向下减速,所以B 正确. 【点睛】当物体对接触面的压力大于物体的真实重力时,就说物体处于超重状态,此时有向上的加速度;当物体对接触面的压力小于物体的真实重力时,就说物体处于失重状态,此时有向下的加速度;9.如图所示,一质量为M 、带有挂钩的小球套在倾角为θ的细杆上,恰能沿杆匀速下滑,小球所受最大静摩擦力等于滑动摩擦力.若在小球下滑过程中在挂钩上加挂质量为m 的物体或改变倾角θ,则下列说法正确的是( )A .仅增大θ(θ<90°)时,小球被释放后仍能沿杆匀速下滑B .仅增大θ(θ<90°)时,小球被释放后将沿杆加速下滑C .θ不变,仅在挂钩上加挂物体时,小球被释放后将沿杆加速下滑D .θ不变,仅在挂钩上加挂物体时,挂钩对物体的拉力等于物体的重力 【答案】BD 【解析】 【分析】 【详解】AB .当球形物体沿细杆匀速下滑时,由力的平衡条件可知cos sin cos N F Mg Mg Mg θθμθ==解得tanμθ=仅增大θ(θ<90°),则有球形物体的重力沿杆的分力大于杆对球形物体的摩擦力,小球被释放后沿杆加速下滑,选项A错误,B正确;CD.当挂上一质量为m的物体时,以两物体整体为研究对象,沿杆向下的重力分力为1()sinF M m gθ=+当挂上一质量为m的物体时,球形物体所受的摩擦力即沿杆向上的力,大小为2()cosfF F M m gμθ==+摩擦力增大,分析可知12F F=,因此球形物体仍沿细杆匀速下滑。