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1、高中物理试卷物理牛顿运动定律的应用题分类汇编一、高中物理精讲专题测试牛顿运动定律的应用1 如图，质量为m=lkg 的滑块，在水平力作用下静止在倾角为=37的光滑斜面上，离斜面末端 B 的高度 h=0. 2m，滑块经过B 位置滑上皮带时无机械能损失，传送带的运行速度为 v0 =3m/s ，长为 L=1m今将水平力撤去，当滑块滑 到传送带右端 C 时，恰好与传送带速度相同 g 取 l0m/s 2.求：(1)水平作用力F 的大小；（已知sin37 =0.6 cos37 =0.8）(2)滑块滑到 B 点的速度v 和传送带的动摩擦因数；(3)滑块在传送带上滑行的整个过程中产生的热量【答案】 （1） 7.
2、5N（ 2） 0.25（3） 0.5J【解析】【分析】【详解】(1)滑块受到水平推力F. 重力 mg 和支持力FN 而处于平衡状态，由平衡条件可知，水平推力F=mgtan，代入数据得：F=7.5N.(2)设滑块从高为h 处下滑，到达斜面底端速度为v，下滑过程机械能守恒，故有：mgh=1 mv22解得v=2gh =2m/s ；滑块滑上传送带时的速度小于传送带速度，则滑块在传送带上由于受到向右的滑动摩擦力而做匀加速运动；根据动能定理有： mgL=1 mv021 mv222代入数据得：=0.25(3)设滑块在传送带上运动的时间为t，则 t 时间内传送带的位移为：x=v0t对物体有：v0=v- atm
3、a= mg滑块相对传送带滑动的位移为：x=L-x相对滑动产生的热量为：Q= mgx代值解得：Q=0.5J【点睛】对滑块受力分析，由共点力的平衡条件可得出水平作用力的大小；根据机械能守恒可求滑块滑上传送带上时的速度；由动能定理可求得动摩擦因数 ；热量与滑块和传送带间的相对位移成正比，即 Q=fs，由运动学公式求得传送带通过的位移，即可求得相对位移2 如图，有一质量为M =2kg 的平板车静止在光滑的水平地面上，现有质量均为m=1kg 的小物块 A 和 B（均可视为质点），由车上P 处开始， A 以初速度=2m/s 向左运动，同时B以 =4m/s 向右运动，最终 A、 B 两物块恰好停在小车两端没
4、有脱离小车，两物块与小车间的动摩擦因数都为=0.1，取，求：（ 1）开始时 B 离小车右端的距离；（ 2）从 A、 B 开始运动计时，经 t= 6s 小车离原位置的距离。【答案】 （1） B 离右端距离（ 2）小车在6s 内向右走的总距离：【解析】 (1)设最后达到共同速度v，整个系统动量守恒，能量守恒解得：，A 离左端距离，运动到左端历时，在A 运动至左端前，木板静止，解得B 离右端距离(2)解得小车在前静止，在至之间以a 向右加速：小车向右走位移接下来三个物体组成的系统以v 共同匀速运动了小车在 6s 内向右走的总距离：【点睛】本题主要考查了运动学基本公式、动量守恒定律、牛顿第二定律、功能
5、关系的直接应用，关键是正确分析物体的受力情况，从而判断物体的运动情况，过程较为复杂.3 如图所示，质量为M =10kg 的小车停放在光滑水平面上在小车右端施加一个F=10N 的水平恒力当小车向右运动的速度达到2.8m/s 时，在其右端轻轻放上一质量m=2.0kg 的小黑煤块（小黑煤块视为质点且初速度为零），煤块与小车间动摩擦因数0.20假定小车足够长（ 1）求经过多长时间煤块与小车保持相对静止（ 2） 求 3s 内煤块前进的位移（ 3）煤块最终在小车上留下的痕迹长度【答案】 (1) 2s (2) 8.4m (3) 2.8m【解析】【分析】分别对滑块和平板车进行受力分析，根据牛顿第二定律求出各自
6、加速度，物块在小车上停止相对滑动时，速度相同，根据运动学基本公式即可以求出时间通过运动学公式求出位移【详解】(1)根据牛顿第二定律，刚开始运动时对小黑煤块有：FNma1FN-mg =0代入数据解得：a1=2m/s 2刚开始运动时对小车有：FFNMa 2解得： a2=0.6m/s 2经过时间t ，小黑煤块和车的速度相等，小黑煤块的速度为：v1=a1t车的速度为：v2=v+a2 t解得： t=2s；(2)在 2s 内小黑煤块前进的位移为：x1 a t 24m1212s 时的速度为：v1a1t122m/s4m/s此后加速运动的加速度为：a3F5 m/s2Mm6然后和小车共同运动t 2=1s 时间，此
7、1s 时间内位移为：x2v1t21 a3t224.4m2所以煤块的总位移为：x1x28.4m(3)在 2s 内小黑煤块前进的位移为：x11a1t 24m2小车前进的位移为：x v t1 a t26.8m121两者的相对位移为：xxx12.8m即煤块最终在小车上留下的痕迹长度2.8m【点睛】该题是相对运动的典型例题，要认真分析两个物体的受力情况，正确判断两物体的运动情况，再根据运动学基本公式求解4 皮带传输装置示意图的一部分如下图所示,A、 B两端传送带与水平地面的夹角37 ，相距 12m, 质量为 M=1kg的物体以 v0 =14.0m/s 的速度沿 AB 方向从 A 端滑上传送带 ,物体与传
8、送带间的动摩擦因数为0.5，传送带顺时针运转动的速度v =4.0m/s(g 取 10m / s2 )，试求 :(1)物体从 A 点到达 B 点所需的时间 ；(2)若物体能在传送带上留下痕迹 ,物体从 A 点到达 B 点的过程中在传送带上留下的划痕长度【答案】 （1） 2s（ 2） 5m【解析】【分析】（1）开始时物体的初速度大于传送带的速度，根据受力及牛顿第二定律求出物体的加速度，当物体与传送带共速时，求解时间和物体以及传送带的位移；物体与传送带共速后，物体向上做减速运动，根据牛顿第二定律求解加速度，几何运动公式求解到达B 点的时间以及传送带的位移；（2）开始时物体相对传送带上滑，后来物体相对
9、传送带下滑，结合位移关系求解划痕长度.【详解】（1）物体刚滑上传送带时因速度v0=14.0m/s 大于传送带的速度v=4m/s ，则物体相对斜面向上运动，物体的加速度沿斜面向下，根据牛顿第二定律有：Mgsin +Mgcos=Ma1解得： a1 =gsin + gcos2=10m/s当物体与传送带共速时： v0-at1=v解得 t1 =1s此过程中物体的位移x1v0v t19m2传送带的位移 ： x2vt14m当物体与传送带共速后，由于=0.5tan370=0.75，则物体向上做减速运动，加速度为：Mgsin - Mgcos =Ma2解得 a2=2m/s 2物体向上减速运动s1=L-x1=3m根
10、据位移公式 ： s1=vt 2- 1 a2 t222解得： t2=1 s（ t2=3 s 舍去）则物体从 A 点到达 B 点所需的时间 ： t=t 1+t 2=2s（2）物体减速上滑时，传送带的位移：s2vt2 4m则物体相对传送带向下的位移s s2s11m因物体加速上滑时相对传送带向上的位移为：x x1 x25m则物体从 A 点到达 B 点的过程中在传送带上留下的划痕长度为5m【点睛】此题是牛顿第二定律在传送带问题中的应用问题；关键是分析物体的受力情况，根据牛顿第二定律求解加速度，根据运动公式求解时间和位移等；其中的关键点是共速后物体如何运动 .5 如图1 所示， 质量为M 的长木板，静止放
11、置在粗糙水平地面上，有一个质量为m、可视为质点的物块，以某一水平初速度到共同速度的过程中，物块和木板的v0 从左端冲上木板。从物块冲上木板到物块和木板达v-t 图象分别如图2 中的折线 acd 和 bcd 所示， a、 b、c、 d 的坐标为a（ 0， 10）、 b（ 0， 0）、 c（ 4， 4）、 d（ 12，0），根据v-t图象，求：（ 1）物块相对长木板滑行的距离s；（ 2）物块质量 m 与长木板质量 M 之比。【答案】（ 1） 20m（ 2）3:2【解析】【详解】（1）由 v-t 图象的物理意义可得，物块在木板上滑行的距离Vs 1044m44m 20m22（2）设物块与木板之间的动摩
12、擦因数12，木板和地面之间的动摩擦因数为；物块冲上木板做匀减速直线运动的加速度大小为a1，木板做匀加速直线运动的加速度大小为a2，达相同速度后一起匀减速直线运动的加速度大小为a，根据牛顿第二定律对物块：1mg=ma1对木板：1mg -2（ m+M ） g=Ma2 对整体：2（ m+M） g=（M +m） a 由图象的斜率等于加速度可得，a 11.5m/s 2， a2 1m/s 2， a=0.5m/s 2。由以上各式解得m 3M26 如图，一块长度为L9m 、质量为 M1kg 的长木板静止放置在粗糙水平地面上另有质量为 m 1kg 的小铅块 ( 可看做质点) ，以 v012m / s 的水平初速
13、度向右冲上木板已知铅块与木板间的动摩擦因数为10.4 ，木板与地面间的动摩擦因数为2 0.1 ，重力加速度取 g 10m / s2 ，求：12铅块刚冲上木板时，铅块与木板的加速度a1 、 a2 的大小；铅块从木板上滑落所需时间；3 为了使铅块不从木板上滑落，在铅块冲上木板的瞬间，对长木板施加一水平向右的恒定拉力 F，求恒力 F 的范围【答案】 （1） 4m/s 2； 2m/s2（ 2） 1s（ 3）2N F 10N 【解析】【分析】（1）对铅块、木板根据牛顿第二定律求解加速度大小；（2）从开始到滑落过程，铅块和木板的位移之差等于L，求解时间；（3）根据两种临界态：到右端恰好共速以及共速后不能从
14、左侧滑下求解力F 的范围；【详解】（1）铅块：1mgma1解得 a1=4m/s 2；对木板：1mg2 (Mm) gMa2解得 a2=2m/s 2（2）从开始到滑落过程：(v0t11 a1t12 )1 a2t12L22解得 t1 =1sv1v0a1t1 8m / sv2a2t12m / s（3）到右端恰好共速：( v0t21 a1t22 )1 a2t22L22v0a1t2a2 t2解得 a 2=4m/s 2木板： F1mg2 ( M m) gMa 2解得 F2N；共速后不能从左侧滑下：F -2 (Mm)g ( Mm)a共 ， a共1 g 解得 F10N，则 F 的范围： 2NF10N【点睛】本题
15、主要是考查牛顿第二定律的综合应用，对于牛顿第二定律的综合应用问题，关键是弄清楚物体的运动过程和受力情况，利用牛顿第二定律或运动学的计算公式求解加速度，再根据题目要求进行解答；知道加速度是联系静力学和运动学的桥梁7 如图所示，倾角为A、 B两物的足够长光滑、固定斜面的底端有一垂直斜面的挡板，体质量均为 m，通过劲度系数为 k 的轻质弹簧相连放在斜面上，开始时两者都处于静止状态 现对 A 施加一沿斜面向上的恒力F = 2mgsin (为g重力加速度 )，经过作用时间t， B刚好离开挡板，若不计空气阻力，求：(1)刚施加力 F 的瞬间， A 的加速度大小；(2)B 刚离开挡板时，A 的速度大小；(3
16、)在时间 t 内，弹簧的弹力对A 的冲量 IA【答案】 (1) a 2g sin ；(2) vA 2g sinmm； (3) I A mg sin (21)kk【解析】（1）刚施加力F 的瞬间，弹簧的形变不发生变化，有：F 弹 =mgsin；根据牛顿第二定律，对A： F+F 弹-mgsin =ma解得 a=2gsin.（2 ）由题意可知，开始时弹簧处于压缩状态，其压缩量为x1mgsin；k当 B 刚要离开挡板时，弹簧处于伸长状态，其伸长量mgsin=x1x2k此时其弹性势能与弹簧被压缩时的弹性势能相等；从弹簧压缩到伸长的过程，对A 由动能定理： Fmgsinx1x2W弹 = 1 mvA22W弹
17、 = EP0解得 vA2 gsinmk（3）设沿斜面向上为正方向，对A 由动量定理：FmgsintI AmvA 0 ，解得 I A2gsin 2 mtk点睛：此题从力学的三大角度进行可研究：牛顿第二定律、动能定理以及动量定理；关键是先受力分析，然后根据条件选择合适的规律列方程；一般说研究力和时间问题用定量定理；研究力和位移问题用动能定理 .8 总质量为 60kg 的人和滑雪板沿着倾角为370 的斜坡向下滑动 , 如图甲所示，所受的空气阻力与速度成正比今测得滑雪板运动的vt 图象如图乙所示，图中AC 是曲线中 A点的切线， C 点坐标为 4,15 ， BD 是曲线的渐近线（ sin 3700.6
18、cos3700.8 ，g 取 10m / s2 ）根据以上信息，计算下列物理量：（1）滑雪板沿斜波下滑的最大速度vm ；（2）空气的阻力系数k ；（3）滑雪板与斜坡间的动摩擦因数【答案】（ 1） vm10 m/s（ 2） k 30kg /s（ 3）0.125【解析】【分析】【详解】（1）由 v-t 图象得，雪撬在斜面上下滑的最大速度为：vm 10 m/s（2）由 v-t 图象得： A 点 vA=5m/s ， C 点： vc 15m/s则 A 点的瞬时加速度为：aAvA2.5m/s 2tA下滑过程中，在A 点：mg sinmg coskv AmaA当速度最大时，a 0 ，有：mg sinmg c
19、oskvm0代入数据解得：空气的阻力系数kmaA30 kg/svm vA（3）雪撬与斜坡间的动摩擦因数为mg sin 37kvm0.125mg cos379 如图所示，质量为M =2kg、左端带有挡板的长木板放在水平面上，板上贴近挡板处放有一质量为 m=1kg 的物块，现用一水平向右大小为9N 的拉力 F 拉长木板，使物块和长木板一起做匀加速运动，物块与长木板间的动摩擦因数为1=0.1，长木板与水平面间的动摩擦因数为F，最后物块恰好能运动到长木板的右端，木板长2=0.2，运动一段时间后撤去L=4.8m ，物块可看成质点，不计挡板的厚度，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g=10m/s2，求：(1)
20、撤去 F 的瞬间，物块和板的加速度；(2)拉力 F 作用的时间；(3)整个过程因摩擦产生的热量。【答案】 (1)1 m/s 2，方向向左，2.5 m/s 2，方向向左 (2)4s(3)72J【解析】【详解】(1)撤去拉力时，设物块和板的加速度大小为a1、 a2，由牛顿第二定律得：对物块：1mg=ma1对木板：2（ M+m ） g-1mg =Ma 2解得：a1 =1 m/s 2，方向向左a2=2.5 m/s 2，方向向左(2)开始阶段，由于挡板的作用，物块与木板将一起做匀加速直线运动，则对整体：F-2（ M+m）g=（ M+m ） a0解得：a0=1 m/s 2。设撤去力 F 时二者的速度为v，
21、由于 小于 ，那么当撤去2F 后，板和物块各自匀减速到1零，则滑块的位移：x1v22a1木板的位移：x2v22a2又：x1-x2=L联立方程，代入数据得：v=4m/s设力 F 作用的时间为t，则：v=a0t所以：tv4 s 4sa01(3)在拉力 F 的作用下木板的位移：010212x=a t =2 14=8m2由上解得，撤去拉力后木板的位移：x2=3.2m根据功能原理，知整个的过程中因摩擦产生的热量为木板受到的地面的摩擦力与木板位移的乘积加上滑块受到的摩擦力与滑块相对于木板的位移的乘积，即：Q=2（ M+m） g（ x2+x0） +1mg （ x1-x2） =0.2 30（3.2+8） +0
22、.1 10 4.8=72J10 如图所示，在倾角37的足够长的固定的斜面上，有一质量m=1kg 的物块，物块与斜面间因数 =0.2，物体受到沿平行于斜面向上的轻细线的拉力F=9.6N 的作用，从静止开始运动，经2s 绳子突然断了，求：(1)绳断瞬间物体的速度大小为多少？(2)绳断后多长时间物体速度大小达到22m/s.(sin37 =0.6， g=10m/s2)【答案】（ 1） v1 4m / s （ 2） t5.53s【解析】 (1)在最初 2s 内，物体在F=9.6 N 拉力作用下，从静止开始沿斜面做匀加速运动，根据受力分析图可知：沿斜面方向： F-mgsin-Ff=ma1沿 y 方向： F
23、N=mgcos且 Ff =FN得： a1F mgsinmgcos2m/s 2m2 s 末绳断时瞬时速度v1 a1t1 4m / s(2) 从撤去 F 到物体继续沿斜面向上运动到达速度为零的过程，设加速度为a2则 a2mgsinmgcos7.6m/s 2m设从断绳到物体到达最高点所需时间为t2据运动学公式v2=v 1+a2t20 v10.53s所以 t2a2物体从最高点沿斜面下滑，第三阶段物体加速度为a3，所需时间为 t3由牛顿第二定律可知：a3=gsin -2gcos =4.4m/s速度达到 v3=22m/sv305s所需时间 t3a3则从绳断到速度为22m/s 所经历的总时间 t t2 t30.53s 5s 5.53s综上所述本题答案是：（1） v14m / s （ 2） t5.53s