《高考物理牛顿运动定律的应用及其解题技巧及练习题(含答案)一.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理牛顿运动定律的应用及其解题技巧及练习题(含答案)一.docx（12页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、高考物理牛顿运动定律的应用及其解题技巧及练习题( 含答案 )(1)一、高中物理精讲专题测试牛顿运动定律的应用1 质量 M 0.6kg 的平板小车静止在光滑水面上，如图所示，当t 0 时，两个质量都为m0.2kg 的小物体A 和 B，分别从小车的左端和右端以水平速度v15.0 m/s 和 v22.0 m/s同时冲上小车，当它们相对于小车停止滑动时，恰好没有相碰。已知A、B 两物体与车面的动摩擦因数都是0.20，取 g=10m/s2 ，求：（ 1） A、B 两物体在车上都停止滑动时车的速度；（ 2）车的长度是多少？（ 3）从 A、 B 开始运动计时，经 8s 小车离原位置的距离 .【答案】（ 1）
2、 0.6m/s（ 2） 6.8m（3） 3.84m【解析】【详解】解：（ 1）设物体A、B 相对于车停止滑动时，车速为v，根据动量守恒定律有：m v1 v2M 2m v代入数据解得： v=0.6m/s，方向向右（2）设物体 A、B 在车上相对于车滑动的距离分别为L 1、L 2，车长为 L，由功能关系有 :mg L1 L21 mv121 mv221 M 2m v2222又 L L1+L 2代入数据解得L 6.8m，即 L 至少为 6.8m（3）当 B 向左减速到零时，A 向右减速，且两者加速度大小都为a1g2 m/s2对小车受力分析可知，小车受到两个大小相等、方向相反的滑动摩擦力作用，故小车没有
3、动则 B 向左减速到零的时间为v21 st1a1此时 A 的速度为 vAv1a1t1 3 m/s当 B 减速到零时与小车相对静止，此时A 继续向右减速，则B 与小车向右加速，设经过 ts达到共同速度 v对 B 和小车，由牛顿第二定律有：mg mM a2 ，解得： a2 0.5 m/s2则有： v vA a1ta2 t ，代入数据解得： t=1.2s此时小车的速度为 va2t0.6 m/s，位移为 x11a2t 20.36 m2当三个物体都达到共同速度后，一起向右做匀速直线运动，则剩下的时间发生的位移为x2v 8t3.48m则小车在8s 内走过的总位移为xx1x23.84 m2 滑雪运动中当滑雪
4、板压在雪地时会把雪内的空气逼出来，在滑雪板和雪地之间形成暂时的“气垫 ”从而减小雪地对滑雪板的摩擦，然后当滑雪板的速度较小时，与雪地接触时间超过某一时间就会陷下去，使得它们间的摩擦阻力增大假设滑雪者的速度超过4m/s 时，滑雪板与雪地间的动摩擦因数就会从0.25变为 0.125一滑雪者从倾角为 37斜坡雪道的某处 A 由静止开始自由下滑，滑至坡底B 处（ B 处为一长度可忽略的光滑小圆弧）后又滑上一段水平雪道，最后停在水平雪道BC之间的某处如图所示，不计空气阻力，已知AB 长 14.8m ，取 g 10m/s 2， sin37 0.6， cos37 0.8，求：（1）滑雪者从静止开始到动摩擦因
5、数发生变化时（即速度达到4m/s ）所经历的时间；（ 2）滑雪者到达 B 处的速度；（ 3）滑雪者在水平雪道上滑行的最大距离【答案】 （1） 1s；（ 2）12m/s ；（ 3） 54.4m 【解析】【分析】（1）根据牛顿第二定律求出滑雪者在斜坡上从静止开始加速至速度v1=4m/s 期间的加速度，再根据速度时间公式求出运动的时间（2）再根据牛顿第二定律求出速度大于4m/s 时的加速度，球心速度为4m/s 之前的位移，从而得出加速度变化后的位移，根据匀变速直线运动的速度位移公式求出滑雪者到达B 处的速度（ 3）分析滑雪者的运动情况，根据牛顿第二定律求解每个过程的加速度，再根据位移速度关系求解【详
6、解】（1）滑雪者从静止开始加速到v1=4m/s 过程中：由牛顿第二定律得：有：mgsin37-1mgcos37 =ma1；解得： a1 =4m/s 2；由速度时间关系得 t 1 v1 1sa1（2）滑雪者从静止加速到4m/s12=12的位移： x1=a1 t2 41=2m2从 4m/s 加速到 B 点的加速度：根据牛顿第二定律可得：mgsin37-=ma2；2mgcos37解得： a2 =5m/s 2；根据位移速度关系：vB2-v 12 2a2(L- x1)计算得 vB=12m/s（3）在水平面上第一阶段（速度从12m/s 减速到 v=4m/s ）： a3 - 2g -1.25 m/ s2x3
7、v2vB24212251.2m2a321.25在水平面上第二阶段（速度从4m/s减速到0 a412， x4v2） - g -2.5 m/s3.2m2a4所以在水平面上运动的最大位移是x=x3+x4=54.4m【点睛】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3 如图所示，长 L=10m 的水平传送带以速度 v=8m/s匀速运动。质量分别为2m、 m 的小物块 P、 Q，用不可伸长的轻质细绳，通过固定光滑小环C 相连。小物块P 放在传送带的最左端，恰好处于静止状态
8、，C、 P 间的细绳水平。现在P 上固定一质量为2m的小物块 (图中未画出 )，整体将沿传送带运动，已知Q、 C 间距大于10 m，重力加速度g 取 10m/s 2. 求：(1)小物块 P 与传送带间的动摩擦因数；(2)小物块 P 从传送带左端运动到右端的时间；(3)当小物块 P 运动到某位置时刚好与传送带共速，求位置S（图中末画出）时将细绳剪断，小物块S 距传送带右端的距离。P 到达传送带最右端【答案】（1） 0.5（ 2）10 ?s（ 3）4m【解析】【分析】(1)对物体 P、Q分别由平衡条件求解即可；(2)判断滑块的运动是一直加速还是先加速后匀速.(3) 相对运动确定滑动摩擦力，相对运动
9、趋势弄清静摩擦力方向，结合牛顿第二定律和运动学公式求距离.【详解】(1) 设静止时细绳的拉力为T0，小物块 P与传送带间的动摩擦因数为， P、 Q受力如图 :由平衡条件得：T0(2m)gT0mg0.5(2) 设小物块 P 在传送带上运动时加速度为 a1，细绳的拉力为 T， P、 Q受力如图，由牛顿第二定律得, 对 P：(2m2m) gT(2 m2m)a1对 Q： Tmgma1假设 P 一直加速至传送带最右端时间为 t ，末速度为 v1 由运动学公式得： v12 2aL v1= a1t联立以上两式并代入数据得：t10 s , v1= 2 10 m / s v 假设成立 .(3) 设细绳剪断后小物
10、块 P 的加速度大小为 a2，小物块 P 在 S 处的速度大小为 v2 ，位置 S 距离传送带左端距离为 x1 ，距离传送带右端距离为 x2 ， P 受力如图 :断绳后由牛顿第二定律得：(2m2m) g (2 m 2m)a2断绳前由运动学公式得：v222a1 x1断绳后由运动学公式得：v2v222a2 x2x1 x2 L联立以上各式并代入数据得：S 距离传送带右端距离： x2 4 m【点睛】本题关键是明确滑块 P、 Q的受力情况和运动情况，结合牛顿第二定律和运动学公式列式求解.4 如图所示，质量M=8kg 的小车放在光滑水平面上，在小车左端加一水平推力F=8N，当小车向右运动的速度达到1.5m
11、/s 时，在小车前端轻轻地放上一个大小不计，质量为m=2kg的小物块，物块与小车间的动摩擦因数为0.2，小车足够长求：（ 1）小物块刚放上小车时，小物块及小车的加速度各为多大？（ 2）经多长时间两者达到相同的速度？共同速度是多大？（3）从小物块放上小车开始，经过t=1.5s 小物块通过的位移大小为多少？（取g=10m/s 2）【答案】（ 1） 2m/s 2， 0.5m/s 2（ 2） 1s， 2m/s （ 3） 2.1m【解析】【分析】(1)利用牛顿第二定律求的各自的加速度；(2)根据匀变速直线运动的速度时间公式以及两物体的速度相等列式子求出速度相等时的时间，在将时间代入速度时间的公式求出共同
12、的速度；(3) 根据先求出小物块在达到与小车速度相同时的位移，再求出小物块与小车一体运动时的位移即可【详解】(1) 根据牛顿第二定律可得小物块的加速度：m/s 2小车的加速度：m/s 2(2)令两则的速度相等所用时间为t，则有：解得达到共同速度的时间：t=1s共同速度为：m/s(3) 在开始 1s 内小物块的位移m此时其速度：m/s在接下来的0.5s 小物块与小车相对静止，一起做加速运动且加速度：m/s 2这 0.5s 内的位移：m则小物块通过的总位移:m【点睛】本题考查牛顿第二定律的应用，解决本题的关键理清小车和物块在整个过程中的运动情况，然后运用运动学公式求解同时注意在研究过程中正确选择研
13、究对象进行分析求解5 如图所示，水平传送带长为L=11.5m，以速度v=7.5m/s沿顺时针方向匀速转动在传送带的 A 端无初速释放一个质量为m=1kg 的滑块（可视为质点），在将滑块放到传送带的同时，对滑块施加一个大小为F=5N、方向与水平面成=370 的拉力，滑块与传送带间的动摩擦因数为 =0.5，重力加速度大小为g=10m/s 2， sin37 =0.6， cos37 =0.8求滑块从 A 端运动到 B 端的过程中 :（ 1）滑块运动的时间；（ 2）滑块相对传送带滑过的路程【答案】 （1） 2s（ 2） 4m【解析】【分析】（ 1）滑块滑上传送带后，先向左匀减速运动至速度为零，以后向右匀
14、加速运动根据牛顿第二定律可求得加速度，再根据速度公式可求出滑块刚滑上传送带时的速度以及速度相同时所用的时间； 再对共速之后的过程进行分析，明确滑块可能的运动情况，再由动力学公式即可求得滑块滑到B 端所用的时间，从而求出总时间（ 2）先求出滑块相对传送带向左的位移，再求出滑块相对传送带向右的位移，即可求出滑块相对于传送带的位移 【详解】（ 1）滑块与传送带达到共同速度前, 设滑块加速度为 a1 ，由牛顿第二定律：Fcos37mgFsin37ma1解得： a17.5m / s2滑块与传送带达到共同速度的时间：t1v1sa1此过程中滑块向右运动的位移：s1v t13.75m2共速后 , 因 Fcos
15、37mgFsin37，滑块继续向右加速运动，由牛顿第二定律： Fcos37mgFsin37ma2解得： a20.5m / s2根据速度位移关系可得：v2Bv22a2 Ls1滑块到达 B 端的速度： vB8m / svB v1s滑块从共速位置到 B 端所用的时间： t2a2滑块从 A 端到 B 端的时间： tt1t22s（2） 01s 内滑块相对传送带向左的位移：Vs1vt1s13.75m ，1s2s内滑块相对传送带向右的位移：Vs2Ls1vt20.25m ，02s 内滑块相对传送带的路程：VsVs1Vs24m6 如图所示，质量M=1kg 的木板静止在粗糙的水平地面上，木板与地面间的动摩擦因数1
16、=0.1，在木板的左端放置一个质量m=1kg、大小可忽略的铁块，铁块与木板间的动摩擦因数 =0.4，g 取 10m/s 2，2(1)若木板长 L=1m，在铁块上加一个水平向右的恒力F=8N，经过多长时间铁块运动到木板的右端 ?(2)若在铁块右端施加一个从零开始连续增大的水平向右的力F 假设木板足够长，在图中画出铁块受到木板的摩擦力f 随拉力 F 大小变化而变化的图像【答案】（ 1） 1s；（ 2）见解析【解析】【分析】【详解】（1）铁块的加速度大小=4m/s 2木板的加速度大小2m/s 2设经过时间t 铁块运动到木板的右端，则有解得： t=1s（ 2）7 水平的浅色长传送带上放置一质量为0.5
17、kg 的煤块煤块与传送带之间的动摩擦因数 =0.2初始时，传送带与煤块都是静止的现让传送带以恒定的加速度a0=3m/s 2 开始运动，其速度达到v=6m/s 后，便以此速度做匀速运动经过一段时间，煤块在传送带上留下一段黑色痕迹后，煤块相对传送带不再滑动g10m / s2 ，求：（ 1）求煤块所受滑动摩擦力的大小（ 2）求黑色痕迹的长度（ 3）摩擦力对传送带做的功【答案】（ 1） 1N（ 2） 3m（ 3） 12J【解析】【分析】传送带与煤块均做匀加速直线运动，黑色痕迹为相对滑动形成的；分别求出有相对运动时，煤块及传送带的位移则可以求出相对位移根据能量关系求解摩擦力对传送带做的功【详解】（1）煤
18、块所受滑动摩擦力的大小f= mg=0.2 5N=1N2v6（2）煤块运动的加速度为 3s ，a=g=2m/s；煤块与传送带相对静止所用时间ta2通过的位移 x vt 63m9m ；2在煤块与传送带相对滑动的时间内：传送带由静止加速到6m/s 所用时间t1 Vv 6 s2sa0 3在相对滑动过程中，传送带匀速运动的时间t 2=t-t 1=1s，则传送带的位移 x v t1+vt 2 6 2+6 1m12m，22则相对滑动的位移 x=x-x=12-9m=3m 由于煤块与传送带之间的发生相对滑动产生黑色痕迹，黑色痕迹即为相对滑动的位移大小，即黑色痕迹的长度3m （3）此过程中摩擦力对传送带做功：W1
19、 mv2mgx 12 J28 图示为仓库中常用的皮带传输装置示意图，它由两台皮带传送机组成，一台水平传送，A、 B 两端相距3m，另一台倾斜，传送带与地面的倾角= 37，C、 D 两端相距4.45m，B、 C 相距很近。水平部分AB 以5m/s的速率顺时针转动。将质量为10 kg 的一袋大米轻放在 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试求：(已知sin37o 0.6， cos37o 0.8，g 取10 m/s 2 ，6=2.450，7.2=2.68)(1)若CD 部分传送带不运转，求米袋沿倾斜传送带所能上升的最大距离(2)若要米袋能被送
20、到D 端，求CD 部分顺时针运转的速度应满足的条件及米袋从C 端到D端所用时间的取值范围【答案】(1)能滑上的最大距离s=1.25m(2)要把米袋送到D 点， CD部分的速度vCD4m/ s时间t 的范围为1.16s t 2.1s【解析】【分析】（1）由牛顿第二定律可求得米的加速度，因米袋的最大速度只能为5m/s，则应判断米袋到达 B 点时是否已达最大速度，若没达到，则由位移与速度的关系可求得B 点速度，若达到，则以5m/s 的速度冲上CD；在 CD 面上由牛顿第二定律可求得米袋的加速度，则由位移和速度的关系可求得上升的最大距离；（2）米袋在 CD 上应做减速运动，若 CD 的速度较小，则米袋
21、的先减速到速度等于 CD 的速度，然后可能减小到零，此为最长时间；而若传送带的速度较大，则米袋应一直减速，则可求得最短时间；【详解】（1）米袋在 AB 上加速时的加速度 a0mg g5m/ s2m米袋的速度达到 v0=5m/s 时，滑行的距离s0= v02=2.5m AB=3m，2a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 mgsin+mgcos=ma代入数据得 a=10 m/s 2所以能滑上的最大距离s v021.25m2a（2）设 CD部分运转速度为 v1时米袋恰能到达 D 点（即米袋到达 D 点时速度恰好为零），则米袋速度减
22、为v1 之前的加速度为a1=-g（ sin + cos）=-10 m/s 2米袋速度小于 v1 至减为零前的加速度为a2=-g（sin - cos）=-2 m/s 2v12 v020 v2由1 4.45m2a12a2解得 v1=4m/s，即要把米袋送到D 点， CD 部分的速度CD 1v v=4m/s米袋恰能运到D 点所用时间最长为tmax v1v0 0v1 2.1sa1a2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皮带向上，则所用时间最短，此种情况米袋加速度一直为a2由 SCD=v0tmin+ 1 a2t2 min，得： t min=1.16s2所以，所求的时间t 的范
23、围为1.16 s t 2；.1 s【点睛】题难点在于通过分析题意找出临条界件，注意米袋在CD 段所可能做的运动情况，从而分析得出题目中的临界值为到达D 点时速度恰好为零.9 如图，在光滑的水平面上静止着足够长、质量为3m 的木板，木板上依次排放质量均为m 的木块 1、 2、 3，木块与木板间的动摩擦因数均为. 现同时给木块 1、 2、 3 水平向右的初速度 v0 、 2v0 、 3v0 ，最后所有的木块与木板相对静止。已知重力加速度为g，求123求所有木块都相对静止时的速度；木块 3 从开始运动到与木板相对静止时位移的大小；木块 2 在整个运动过程中的最小速度。4v025【答案】1 ?v0 ；
24、 2 ?；3 ? v0g6【解析】【分析】1 当木块 3 与木板的速度相等时，三个木块与木板的速度均相等，由系统动量守恒求得共同速度。2 木块 3 在木板上匀减速运动，由牛顿第二定律和运动学公式结合求解。3 由动量守恒定律求木块2 在整个运动过程中的最小速度。【详解】1 当木块3与木板的速度相等时，三个木块与木板的速度均相等，且为v。取向右为正方向，系统动量守恒得：m v02v03v06mv解得： vv02 术块 3在木板上匀减速运动，由牛顿第二定律：mg ma由运动学公式有： (3v0 ) 2v22as3解得木块 34v02从开始运动到与木板相对静止时位移的大小：s3g3 设木块 2 的最小
25、速度为 v2 ，此时木块 3 的速度为 v3 ，由动量守恒定律m v0 2v0 3v02m3m v2mv3在此过程中，木块3 与木块2 速度改变量相同3v0 v32v0v2解得 v25 v06故本题答案是：1 v0 ； 24v0235v0；6g【点睛】本题木块在木板上滑动类型，分析物体的运动过程是解题基础，其次要把握物理过程的物理规律，常常根据动量守恒和能量守恒结合处理。10 如图所示，在倾角37的足够长的固定的斜面上，有一质量与斜面间因数 =0.2，物体受到沿平行于斜面向上的轻细线的拉力开始运动，经2s 绳子突然断了，求：m=1kg 的物块，物块 F=9.6N 的作用，从静止(1)绳断瞬间物
26、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） v14m / 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： FN=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