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通用版带答案高中物理必修一第四章运动和力的关系微公式版知识点题库
1
单选题
1、如图,质量为M的斜面体放在粗糙的地面上且始终静止,滑雪运动员在斜面体上自由向下匀速下滑。已知运动员包括雪橇的质量为m,不计空气阻力,则( )
A.地面对斜面体的摩擦力为0
B.地面对斜面体的支持力小于(M+m)g
C.若运动员加速下滑,地面对斜面体的支持力大于(M+m)g
D.若运动员加速下滑,地面对斜面体的摩擦力向右
答案:A
AB.当运动员匀速下滑时,可以把m和M看成一个整体,根据平衡条件,地面的支持力为(M+m)g,地面对斜面体的摩擦力为0,故A正确,B错误;
CD.当运动员加速下滑时,由于m的加速度沿斜面向下,有竖直向下的分量,则其处于失重状态,因此,地面对斜面体的支持力小于(M+m)g,由于m的加速度有沿水平向左的分量,则地面对斜面体的摩擦力向左,故CD错误。
故选A。
2、如图所示,表面粗糙的水平传送带匀速向右传动。现在其左侧的A处轻轻放上一物块,设传送带足够长,则该物块( )
A.一直向右匀速运动
B.先向右匀加速运动,后继续向右匀速运动
C.先受到向右的滑动摩擦力,后受到向右的静摩擦力
D.先受到向右的滑动摩擦力,后受到向左的静摩擦力
答案:B
物块初速度为0,刚放上传送带后将与传送带之间发生相对滑动,受到向右的滑动摩擦力做匀加速运动,因为传送带足够长,所以物块最终将会达到与传送带相同的速度并最终向右匀速运动,此时物块与传送带保持相对静止,没有相对运动趋势,不受静摩擦力作用。
故选B。
3、侧壁开有小孔的开口塑料瓶,装满水后自由下落过程中,发现小孔没有水流出,原因是瓶中的水( )
A.处于失重状态B.处于超重状态
C.处于平衡状态D.先超重后失重
答案:A
自由落体过程,物体处于完全失重状态,瓶中的水对侧壁没有压力,所以水不会从小孔流出,A正确。
故选A。
4、如图所示,在与坡底B点的距离为L的山坡上,竖直固定一长度为L的直杆AO,O为山坡的中点,A端与坡底B之间连接一根光滑的细钢绳。现让一穿在钢绳上的小环从A点由静止开始沿钢绳无摩擦地滑下,则小环在钢绳上滑行的时间为( )
A.12LgB.LgC.2LgD.2 Lg
答案:D
如图所示,
以O点为圆心、A为圆周的最高点、AB为弦作圆。设∠OAB为α,则
LAB=2Lcosα
LAB=12at2
ma=mgcosα
解得
t=2Lg
故选D。
5、某人乘电梯从10楼到1楼,从电梯启动到停在1楼的过程,经历了匀加速、匀速和匀减速三个阶段。电梯在这三个连续的运动阶段中,该人所受的重力和他对电梯地板的压力相比较,其大小关系分别是( )
A.重力大于压力,重力等于压力,重力小于压力
B.重力小于压力,重力等于压力,重力大于压力
C.重力大于压力,重力小于压力,重力小于压力
D.重力小于压力,重力小于压力,重力大于压力
答案:A
某人乘电梯从10楼到1楼,速度方向向下。电梯启动做加速运动阶段,加速度方向向下,由牛顿第二定律可知重力大于电梯地板对他的支持力,由牛顿第三定律可知,他对电梯地板的压力等于电梯地板对他的支持力,即重力大于压力,处于失重状态;在匀速运动阶段,处于平衡状态,重力等于压力;在减速运动阶段,加速度方向向上,由牛顿第二定律可知重力小于电梯地板对他的支持力,由牛顿第三定律可知,他对电梯地板的压力等于电梯地板对他的支持力,即重力小于压力,处于超重状态;故选项A正确,选项BCD错误。
故选A。
6、如图所示,水平轻弹簧左端固定,右端与滑块P相连,P置于水平地面上;滑块Q与P完全相同,紧靠在P的右侧,P、Q均处于静止状态,此时滑块Q所受地面摩擦力刚好等于最大静摩擦力。设P、Q与地面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,P、Q均视为质点。现对Q施加水平拉力F,使Q向右做匀加速直线运动,以下判断正确的是( )
A.施加F的瞬间,P的加速度可能比Q的大
B.施加F的瞬间,P的加速度不可能与Q的加速度一样大
C.F可能为恒力,也可能为变力
D.F一定为变力,P、Q分离前P与Q一起做匀加速运动
答案:C
A B.设P、Q与地面动摩擦因数为,如果Q刚好与P之间无相互挤压且加速度相同,由牛顿第二定律,对Q有
F-μmg=ma
对P有
2μmg-μmg=ma
则有
F=2μmg
可知当F=2μmg时,施加力F瞬间 QP加速度相同,处于分离的临界状态;
当F>2μmg时, Q的加速度大于P的加速度,两者立即分离;
当F<2μmg时,P、Q之间有相互弹力,两者加速度相同;
综上所述,P的加速度有可能与Q的加速度一样大,但不可能比Q的大,故AB错误;
C D.据前面分析可知当F≥2μmg时,两者瞬间分离,则F为恒力;
当 F<2μmg时,分离前加速度相同,对P、Q整体受力分析,则开始瞬间有
F=2ma
则有
a<μg
过程中有
F+kx-2μmg=2ma
由于弹簧弹力变小,摩擦力及加速度大小恒定,则F应变大,在两者分离前F为变力;
综上所述,F可能为恒力,也可能为变力,故D错误,C正确。
故选C。
7、A、B两物体以相同的初速度在同一粗糙水平面上滑行,两物体与水平面间的动摩擦因数相同。若物体A的质量大于物体B的质量,则两物体能滑行的最大距离xA与xB的大小关系为( )
A.xA=xBB.xA>xB
C.xA<xBD.不能确定
答案:A
两物体在粗糙的水平面上滑行过程的加速度大小为
a=fm=μg
与m无关,滑行的最大距离可表示为
x=v022a=v022μg
可得
xA=xB
故选A。
8、如图所示,一根弹簧一端固定在左侧竖直墙上,另一端连着A小球,同时水平细线一端连着A球,另一端固定在右侧竖直墙上,弹簧与竖直方向的夹角是60°,A、B两小球分别连在另一根竖直弹簧两端。开始时A、B两球都静止不动,A、B两小球的质量相等,重力加速度为g,若不计弹簧质量,在水平细线被剪断瞬间,A、B两球的加速度分别为( )
A.aA=aB=gB.aA=2g,aB=0
C.aA=g,aB=0D.aA=23g,aB=0
答案:D
水平细线被剪断前对A、B进行受力分析如图所示:
静止时对A有
FT=Fsin60°
Fcos60°=mg+F1
对B有
F1=mg
解得
FT=23mg
水平细线被剪断瞬间,FT消失,其他各力不变,A所受合力与FT等大反向,则
aA=FTm=23 g
aB=0
故选D。
9、一个倾角为θ=37°的斜面固定在水平面上,一个质量为m=1.0kg的小物块(可视为质点)以v0=4.0m/s的初速度由底端沿斜面上滑,小物块与斜面的动摩擦因数μ=0.25。若斜面足够长,已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2。小物块上滑的最大距离为( )
A.1.0 mB.2.2 mC.0.8 mD.0.4 m
答案:A
小物块在斜面上上滑过程受力情况如图所示
根据牛顿第二定律有
mgsinθ+μmgcosθ=ma
解得
a=gsin37∘+μgcos37∘=8m/s2
小物块沿斜面上滑做匀减速运动,到达最高点时速度为零,则有
v12-v02=2ax
解得
x=v022a=1.0m
故A正确,BCD错误。
故选A。
10、如图所示,细绳OA一端系在小球上,另一端固定在倾斜天花板上的A点,细绳OA恰好竖直;轻质弹簧OB一端与小球连接,另一端固定在竖直墙上的B点,轻质弹簧OB恰好水平,小球处于静止状态。将细绳剪断的瞬间,小球的加速度( )
A.方向沿BO方向B.方向沿OB方向C.方向竖直向下D.方向沿右下方
答案:C
因为细绳OA恰好竖直,且处于静止状态,弹簧水平。受力分析可知,弹簧对小球在水平方向上没有力的作用的,小球只受重力和沿细绳OA竖直向上的拉力的作用。将细绳剪断的瞬间小球只受重力作用,所以加速度方向竖直向下。
故选C。
小提示:根据细绳和弹簧的位置情况,判断小球此时的受力。弹簧的弹力是无法突变的,细绳的拉力由于是微小形变引起的,所以一旦剪断,拉力会突变为零。
11、下列属于电学国际单位制的基本单位的是( )
A.牛顿B.安培C.库仑D.特斯拉
答案:B
基本单位
A.牛顿是力的单位,是导出单位,故A不符合题意;
B.安培是电流的单位,是基本单位,故B符合题意;
C.库仑是电量的单位,是导出单位,故C不符合题意;
D.特斯拉是磁感应强度的单位,是导出单位,故D不符合题意。
故选B。
12、某跳水运动员在3m长的踏板上起跳,我们通过录像观察到踏板和运动员要经历如图所示的状态,其中A为无人时踏板静止点,B为人站在踏板上静止时的平衡点,C为人在起跳过程中人和踏板运动的最低点,则下列说法正确的是( )
A.人和踏板由C到B的过程中,人向上做匀加速运动
B.人和踏板由C到A的过程中,人在A点具有最大速度
C.人和踏板由C到A的过程中,人在B点具有最大速度
D.人在C点具有最大速度
答案:C
依题意知在C点时,人的速度为零,且人受到的弹力大于重力,所以从C到B过程中合力向上,做加速运动,但是由于从C到B过程中踏板的形变量在减小,弹力在减小,所以合力在减小,故人做加速度减小的加速运动,加速度向上;人在B点时,重力等于弹力,加速度为零,速度达最大,而人从B到A过程中重力大于弹力,合力向下,加速度向下,速度向上,人做减速运动。
故选C。
13、如图所示,光滑直杆一端固定在地面上的A点,另一端靠在竖直墙上,杆上套有一个小球,球可以在杆上自由滑动,球从杆的上端沿杆下滑到A点所用的时间为t,若逐渐减小杆的长度,使杆与水平方向的夹角从60°逐渐减小到30°,则下列说法正确的是( )
A.小球从杆的上端运动到下端的时间不断减小
B.小球从杆的上端运动到下端的时间不断增大
C.小球从杆的上端运动到下端的时间先减小后增大
D.小球从杆的上端运动到下端的时间先增大后减小
答案:C
设A点到墙的距离为L,杆与水平方向的夹角为θ,则下滑过程加速度
a=mgsinθm=gsinθ
小球从杆的上端运动到下端的过程
Lcosθ=12gt2sinθ
解得
t=4Lgsin2θ
当θ=45°时,t最小,因此使杆与水平方向的夹角从60°逐渐减小到30°,小球从杆的上端运动到下端的时间先减小后增大。
故选C。
14、如图所示,A,B两木块放在粗糙水平面上,它们之间用不可伸长的轻绳相连,两次连接情况中轻绳倾斜方向不同,已知两木块与水平面间的动摩擦因数分别为μA和μB,且0<μB<μA,先后用水平拉力F1和F2拉着A、B一起水平向右匀速运动,则匀速运动过程中( )
A.F1<F2B.F1>F2C.F1=F2D.无法确定
答案:A
设两绳子与水平夹角为θ,对第一个图进行受力分析,根据平衡条件可得
F1=fA+fB
其中
fA=μA(mAg﹣T1sinθ)
fB=μB(mBg+T1sinθ)
联立解得
F1=μAmAg+μBmBg+(μB﹣μA)T1sinθ
同理可知,第二个图的拉力
F2=μAmAg+μBmBg﹣(μB﹣μA)T1sinθ
由题意可知0<μB<μA可知
F1<F2
故选A。
15、汽车的刹车性能至关重要,制动至停止.则下列说法正确的是( )
A.汽车的惯性与车辆性能有关,与质量无关
B.汽车的速度越大惯性就越大
C.汽车停止运动后没有惯性
D.汽车运动状态的改变是因为受到力的作用
答案:D
ABC.汽车的惯性是由汽车的质量决定的,与汽车的速度无关,因此汽车行驶时、停止运动后,汽车的惯性一样大,故ABC错误;
D.力是改变物体运动状态的原因,故汽车运动状态的改变是因为受到力的作用,故D正确。
故选D。
多选题
16、如图所示,一劲度系数为k的轻质弹簧,上端固定,下端连着一质量为m的物块A,A放在托盘B上,B的质量也为m。初始时在竖直向上的力F作用下系统静止,弹簧处于自然长度。现改变竖直向上的力F的大小,使A匀加速下降。已知重力加速度为g,A的加速度为a=0.25g,空气阻力不计,弹簧始终在弹性限度内,则在A匀加速下降的过程中,以下说法正确的是( )
A.A和B刚好分开时弹簧的弹力为0.85mg
B.弹簧的最大形变量为0.75mgk
C.力F可能为0.9mg
D.力F最小值为0.65mg
答案:BC
AB.设物块和托盘间的压力为零时弹簧的伸长量为xm,以A为研究对象,根据牛顿第二定律得
mg-kxm=ma=m×0.25g
解得
xm=0.75mgk
在此之前,以A为研究对象,根据牛顿第二定律得
a=mg-FN-kxm=0.25g
可得
FN=0.75mg-kx
所以A和B刚好分开时FN=0,则此时弹簧的弹力为0.75mg,选项A错误,B正确;
CD.以AB整体为研究对象,根据牛顿第二定律得
2mg-F-kx=2m×0.25g
可得
F=1.5mg-kx
力F对B的作用力范围为
0.75mg≤F≤1.5mg
选项C正确,D错误。
故选BC。
17、伽利略根据小球在斜面上运动的实验和理想实验,提出了惯性的概念,从而奠定了牛顿力学的基础。下列说法正确的是( )
A.牛顿第一定律是实验定律
B.行星在圆周轨道上保持匀速率运动的性质是惯性
C.运动物体如果没有受到力的作用,将继续以同一速度沿同一直线运动
D.牛顿第一定律既揭示了物体保持原有运动状态的原因,又揭示了运动状态改变的原因
答案:CD
A.牛顿第一定律是在实验基础上经科学推理得到的定律,不是实验定律,A错误;
B.惯性是保持原来运动状态的性质,圆周运动的速度是改变的,行星在圆周轨道上保持匀速率运动的性质不是惯性,B错误;
C.根据牛顿第一定律可知,运动的物体在不受力时,将保持匀速直线运动,C正确;
D.牛顿第一定律既揭示了惯性是物体保持原有运动状态的原因,又揭示了力是运动状态改变的原因,D正确。
故选CD。
18、如图甲所示,一水平传送带沿顺时针方向旋转,在传送带左端A处轻放一可视为质点的小物块,小物块从A端到B端的速度—时间变化规律如图乙所示,t=6s时恰好到B点,则( )
A.物块与传送带之间动摩擦因数为μ=0.1
B.AB间距离为24m,小物块在传送带上留下的痕迹是8m
C.若物块质量m=1kg,物块对传送带做的功为-16J
D.若物块速度刚好到4m/s时,传送带速度立刻变为零,物块不能到达B端
答案:AC
A.由图乙可知,物块先加速后匀速,且由图乙可知,加速过程的加速度为
a=44m/s2=1m/s2
根据牛顿第二定律可知
a=Fm=μmgm=μg
联立解得
μ=0.1
A正确;
B.AB间距离即为物块在6s内发生的位移,即图乙的面积为
S=2+62×4m=16m
B错误;
C.物块对传送带只在加速过程中做功,根据公式
W=-fs
其中
f=μmg=0.1×1×10N=1N
s=4×4m=16m
联立解得
W=-16J
C正确;
D.物块速度刚好到4m/s时,传送带速度立刻变为零,物块由于惯性向前做匀减速直线运动,减速的加速度为
a=-μg=-1m/s2
物块从开始到速度为4m/s时发生的位移为
x=4×42m=8m
所以物块减速到零发生的位移为
v22a=422×1m=8m
所以物块刚好到达B端,D错误。
故选AC。
19、中国传统杂技“爬杆”屡获国际大奖,某次表演中杂技演员双手紧握竹竿匀速攀升和匀加速下滑时,所受的摩擦力分别是f1和f2,则( )
A.f1向上, f2向上
B.f1向下, f2向上
C.f1、 f2的大小相等
D.f1是静摩擦力,数值上大于 f2
答案:AD
当杂技演员匀速攀升时,f1与重力平衡,即f1向上,在这种情况下演员的双手不可能相对杆向上滑动,所以f1是静摩擦力,且根据平衡条件可得
f1=mg
当杂技演员匀加速下滑时,f2与相对杆的运动方向相反,即f2向上,根据牛顿第二定律有
mg-f2=ma
比较以上两式可知
f1>f2
综上所述可知AD正确,BC错误。
故选AD。
20、总质量为100 kg的小车,在粗糙水平地面上从静止开始运动,其速度—时间图像如图所示。已知在0~2 s内小车受到恒定水平拉力F=1 200 N,2 s后小车受到的拉力发生了变化,则( )
A.t=1 s时小车的加速度为8 m/s2
B.0~18 s内小车行驶的平均速度约为10 m/s
C.小车与地面间的动摩擦因数为0.2
D.14 s后拉力的大小为200 N
答案:AB
A.前2 s内小车做匀加速运动,由图线的斜率可得小车的加速度
a=162m/s2=8 m/s2
故选项A正确;
B.由速度-时间图线与横坐标轴围成的面积即可计算出0~18 s内小车位移的大小,每一格表示的位移为4m,小于一半的格子舍掉,大于一半的格子计算为一个格子,则格子数约为45格,则位移约为L=180 m,所以平均速度约为
v=Lt=10 m/s
故选项B正确;
C.前2 s内,根据牛顿第二定律得
F-μmg=ma
解得
μ=0.4
选项C错误;
D.14 s后小车做匀速运动,所以拉力
F′=μmg=400 N
选项D错误。
故选AB。
21、如图所示,A、B、C为三个完全相同的物体,当水平力F作用于A上,三物体一起向右匀速运动;某时撤去力F后,三物体仍一起向右运动,设此时A、B间摩擦力为f,B、C间作用力为FN。整个过程三物体无相对滑动,下列判断正确的是( )
A.f=0B.f≠0
C.FN=0D.FN≠0
答案:BC
CD.开始三个物体在拉力F的作用下一起向右做匀速运动,可知地面对B、C总的摩擦力
f'=F
B受地面的摩擦力为23F,C受地面的摩擦力为13F;
撤去F后,B、C受地面的摩擦力不变,由牛顿第二定律可知
aB=23F2m=F3m
aC=13Fm=F3m
B、C以相同的加速度向右做匀减速运动,B、C间作用力
FN=0
D错误,C正确;
AB.撤去F后,整个过程三物体无相对滑动,则A与B加速度相同,B对A有向左的摩擦力
f=maB=F3
A错误,B正确。
故选BC。
22、如图所示,光滑水平地面上,可视为质点的两滑块A、B在水平外力作用下紧靠在一起压紧弹簧,弹簧左端固定在墙壁上,此时弹簧的压缩量为x0,以两滑块此时的位置为坐标原点建立如图所示的一维坐标系。现将外力突然反向并使B向右做匀加速运动,下列关于拉力F、两滑块间弹力FN与滑块B的位移x关系的图象可能正确的是( )
A.B.C.D.
答案:BD
当A和B相对静止加速时,对A、B整体,由牛顿第二定律得
F+k(x0-x)=(mA+mB)a
因为可能有
kx0=(mA+mB)a
则得
F=kx
即Fx图象可能为过原点的直线,当A、B分离时,对A
k(x0-x)=mAa
此时x<x0,当A、B分离后,对B,F=mBa大小恒定,与x无关,在A、B分离前,对A
k(x0-x)-FN=mAa
分离后
FN=0
故选BD。
23、一物体放置在光滑水平面上,处于静止状态,从t=0时刻起,用一水平向右的拉力F作用在物块上,且F的大小随时间从零均匀增大,下列说法正确的是( )
A.物体的速度随时间均匀增大B.物体的加速度随时间均匀增大
C.物体的位移随时间均匀增大D.物体的速度增加得越来越快
答案:BD
ABD.根据牛顿第二定律可知
a=Fm
因为F的大小随时间从零均匀增大,所以物体的加速度随时间均匀增大,所以物体的速度随时间增加得越来越快,故BD正确,A错误。
C.因为物体的速度方向不变,且速度越来越大,则物体的位移随时间增大得越来越快,故C错误。
故选BD。
24、如图所示,一足够长的平直木板静止在水平地面上,木板上有两个质量分别为m和M的物块A、B,且M>m,它们与木板间的动摩擦因数相同,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。现用水平力F向右拉动木板,下列说法可能正确的是( )
A.A与木板间发生相对运动时,B与木板间不发生相对运动
B.B与木板间发生相对运动时,A与木板间不发生相对运动
C.A、B与木板间同时发生相对运动
D.A与B的加速度相同
答案:CD
根据牛顿第二定律可知,A、B不与木板发生相对滑动的最大加速度,同时也是二者相对木板发生相对滑动后的加速度均为
a=μg
所以A、B与木板间同时发生相对运动或A、B与木板间同时不发生相对运动,且A、B的加速度始终相同,故AB错误,CD正确。
故选CD。
25、如图所示,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mA=6kg,mB=2kg,A、B之间的动摩擦因数μ=0.2,开始时F=10N,此后逐渐增大,在增大到45N的过程中,则( )
A.当拉力F=12N时,两个物体保持相对静止,没有发生相对滑动
B.当拉力超过12N时,两个物体开始相对滑动
C.两物体从受力开始就有相对运动
D.两物体始终没有相对运动
答案:AD
根据题意,当A、B之间的摩擦力达到最大静摩擦力时,由牛顿第二定律,对B有
μmAg=mBa
解得
a=6ms2
对A有
F-μmAg=mAa
解得
F=48N
可知,当拉力增大到48N时,两物体才发生相对滑动。
故选AD。
填空题
26、关于运动和力的关系,亚里士多德的观点是__________________;而伽利略的观点是__________________。
答案: 力是维持物体运动的原因 物体的运动不需要力来维持
[1]关于运动和力的关系,亚里士多德的观点是:力是维持物体运动的原因;
[2]伽利略的观点:物体的运动不需要力来维持。
27、质量为20kg的物体,受到三个共点力作用而静止。当撤去其中一个力后(保持其它力不变),物体的加速度大小是2m/s2,方向向北,那么撤去的力的大小是______N,方向______。
答案: 40 向南
[1][2]设三个共点力分别为F1、F2、F3,撤去F3后,根据牛顿第二定律,可得F1、F2的合力大小为
F12=ma=20×2N=40N
根据原来物体处于静止状态可知撤去力F3的大小为40N,方向向南。
28、如图所示,物块A、B和C的质量相同,A和B、B和C之间用完全相同的轻弹簧S1和S2相连,通过系在A上的细线悬挂于固定点O,整个系统处于静止状态。现将细线剪断,将物块A的加速度大小记为a,S1和S2相对于原长的伸长量分别记为x1和x2,重力加速度大小为g。在剪断的瞬间,a=____,x1∶x2=____。
答案: 3g 2:1
[1]设物块的质量均为m,剪断细线的瞬间,细线的拉力消失,弹簧还没来得及发生形变,所以剪断细线的瞬间,物块A受到重力和弹簧S1的拉力大小为F1,剪断细线前,对B、C和弹簧S2组成的整体分析可知
F1=2mg
故A受到的合力
F=mg+F1=mg+2mg=3mg
故加速度
a=Fm=3g
[2]设弹簧S2 的拉力大小为F2,则
F2=mg
根据胡克定律可得
x1∶x2=2∶1
29、《中华人民共和国道路交通安全法》明确规定:机动车载物应当符合核定的载质量,严禁超载。这个规定的实施是保障交通安全的有效措施之一、请你根据所学的物理知识,写出制定这一规定的两条科学依据:___________;___________。
答案: 见解析 见解析
[1][2]汽车超载是指汽车装载的货物的质量太多,超过了核定的载重量,危害:
a.物体的惯性大小与质量有关,质量越大惯性越大,遇到紧急的情况下操作更加困难;
b.汽车的刹车片与车轮之间的最大摩擦力是一定的,物体的质量大,则刹车时的加速度越小,汽车制动距离越大,更容易引起交通事故。
30、2021年5月15日,天问一号着陆器“祝融号”火星车成功着陆火星乌托邦平原南部预选着陆区,质量为1.3吨的火星车在如此高速下自动精准降速反映了我国科研水平取得的巨大成就。它首先进入火星大气层的狭窄“走廊”,气动减速;打开降落伞使速度进一步减为95m/s;与降落伞分离后,打开发动机约80s,减速至3.6m/s;然后进入悬停避障与缓速下降阶段,经过对着陆点的探测后平稳着陆,其过程大致如图所示。(火星表面的重力加速度约为地球表面的25,地球表面重力加速度取10m/s2。)
(1)“祝融号”在火星表面的惯性与地球表面相比_______(选填“增大”“减小”或“不变”)。由于勘测需要,火星车走走停停,假如它在一小时内的直线距离是9m,它的平均速度大小约为_________m/s。
(2)关于着陆器在不同阶段的受力分析,正确的是( )
A.气动减速段,只受到气体阻力的作用
B.伞系减速段,重力与气体对它的作用力是一对平衡力
C.动力减速段,发动机喷火的反作用力作用在火星车上
D.悬停状态中,发动机喷火的反作用力与气体阻力是平衡力
(3)如果动力减速阶段发动机的推力远大于空气阻力且视作恒定,不考虑火星车的质量变化。请分析说明此阶段火星车的运动性质______,并根据图中所给的数据,估算发动机推力的大小______。
答案: 不变 2.5×10-3 C 匀减速直线运动 6.68×103N
(1)[1]惯性大小跟质量有关,“祝融号”的质量不变,则“祝融号”在火星表面的惯性与地球表面相比不变
[2] 平均速度
v=xt=93600m/s=2.5×10-3m/s
(2)[3]A.气动减速段,除受到气体阻力的作用外,还受到重力作用,A错误;
B.伞系减速段,气体对它的作用力大于重力,不是一对平衡力,B错误;
C.动力减速段,发动机和喷出的火之间的作用是相互作用力,则发动机喷火的反作用力作用在火星车上,C正确;
D.悬停状态中,发动机喷火的反作用力和重力是平衡力, D错误。
故选C。
(3)[4][5]由于火星车在动力减速所受推力远大于空气阻力,可将空气阻力忽略不计,火星车在推力和重力两个恒力的作用下做匀减速直线运动,根据
vt=v0+at
可得火星车在此阶段的加速度
a=vt-v0t=3.6-9580m/s2=-1.14m/s2
火星车受到的合力
火星表面的重力加速度
g火=10×25m/s2=4m/s2
根据牛顿第二定律
G-F推=ma
F推=6.68×103N
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