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1、【物理】高考必备物理牛顿运动定律的应用技巧全解及练习题( 含答案 ) 含解析一、高中物理精讲专题测试牛顿运动定律的应用1 如图所示，质量为2kg 的物体在与水平方向成37角的斜向上的拉力F 作用下由静止开始运动已知力F 的大小为5N，物体与地面之间的动摩擦因数为0.2，（ sin37 =0.6，cos37 =0.8）求：(1)物体由静止开始运动后的加速度大小；(2)8s 末物体的瞬时速度大小和8s 时间内物体通过的位移大小；(3)若 8s 末撤掉拉力F，则物体还能前进多远？【答案】 (1) a=0.3m/s 2 (2)x=9.6m (3)x=1.44m【解析】(1)物体的受力情况如图所示：根据
2、牛顿第二定律，得: Fcos37-f=maFsin37 +FN=mg又 f=FN联立得 ： a= F cos37 o( mgF sin 37o)m代入解得 a=0.3m/s 2(2)8s 末物体的瞬时速度大小v=at=0.3 8m/s=2.4m/s8s 时间内物体通过的位移大小x1 at 29.6m2(3)8s 末撤去力 F 后，物体做匀减速运动，根据牛顿第二定律得 ，物体加速度大小 afmgg 2.0m/s 2mm由 v2 =2ax得 : xv2 1.44m 2a【点睛 】本题关键是多次根据牛顿第二定律列式求解加速度，然后根据运动学公式列式求解运动学参量2 在一个水平面上建立x 轴，在过原点
3、O 垂直于 x 轴的平面的右侧空间有一个匀强电5O 处放一个质量场，场强大小 E=6.010 N/C，方向与 x 轴正方向相同，在原点带负电荷的绝缘物块，其带电荷量8q= -5 10 C物块与水平面间的动摩擦因数物块一个沿 x 轴正方向的初速度v0 =2 m/s.如图所示试求：m=0.01 kg =0.2，给(1)物块沿 x 轴正方向运动的加速度；(2)物块沿 x 轴正方向运动的最远距离；(3)物体运动的总时间为多长？【答案】 (1)5 m/s 2(2)0.4 m(3)1.74 s【解析】【分析】带负电的物块以初速度 v0 沿 x 轴正方向进入电场中，受到向左的电场力和滑动摩擦力作用，做匀减速
4、运动，当速度为零时运动到最远处，根据动能定理列式求解；分三段进行研究：在电场中物块向右匀减速运动，向左匀加速运动，离开电场后匀减速运动根据运动学公式和牛顿第二定律结合列式，求出各段时间，即可得到总时间【详解】（1）由牛顿第二定律可得mgEqma ，得 a5m/s2（2）物块进入电场向右运动的过程，根据动能定理得：mg Eq s101 mv02 2代入数据，得： s1=0.4m（）物块先向右作匀减速直线运动，根据：s1v0vt ?v0 ?，得：13t1t1t =0.4s22接着物块向左作匀加速直线运动：a2qEmmg 1m/s2 根据： s1 1 a2t22 得 t 220.2s2物块离开电场后
5、，向左作匀减速运动：a3mgg2m/s 2m根据： a3t3 a2t2解得 t30.2s物块运动的总时间为： tt1t2t31.74s【点睛】本题首先要理清物块的运动过程，运用动能定理、牛顿第二定律和运动学公式结合进行求解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
6、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：x11 a1t 24m2
7、2s 时的速度为：v1a1t12 2m/s 4m/s此后加速运动的加速度为：a3MF5 m/s2m6然后和小车共同运动t 2=1s 时间，此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：x11 a1t 24m2小车前进的位移为：x v1t1 a1t26.8m2两者的相对位移为：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 如图所示，倾角为306m/s的速度运的光滑斜面的下端有一水平传
8、送带，传送带正以动，运动方向如图所示一个质量为2kg 的物体（物体可以视为质点），从h=3.2m 高处由静止沿斜面下滑，物体经过A 点时，不管是从斜面到传送带还是从传送带到斜面，都不计其动能损失物体与传送带间的动摩擦因数为0.5，重力加速度g=10m/s 2，求：（ 1）物体第一次到达 A 点时速度为多大？（ 2）要使物体不从传送带上滑落，传送带AB 间的距离至少多大？（ 3）物体随传送带向右运动，最后沿斜面上滑的最大高度为多少？【答案】（ 1） 8m/s （ 2）6.4m （ 3） 1.8m【解析】【分析】（ 1）本题中物体由光滑斜面下滑的过程，只有重力做功，根据机械能守恒求解物体到斜面末端
9、的速度大小；（ 2）当物体滑到传送带最左端速度为零时， AB 间的距离 L 最小，根据动能定理列式求解；（3）物体在到达 A 点前速度与传送带相等，最后以6m/s 的速度冲上斜面时沿斜面上滑达到的高度最大，根据动能定理求解即可【详解】（1）物体由光滑斜面下滑的过程中，只有重力做功，机械能守恒，则得：mgh1 mv22解得： v2gh2 103.28m/s（2）当物体滑动到传送带最左端速度为零时，AB 间的距离 L 最小，由动能能力得：mgL 01 mv22v282m 6.4m解得： Lg20.5 102（3）因为滑上传送带的速度是8m/s 大于传送带的速度 6m/s，物体在到达A 点前速度与传
10、送带相等，最后以v带6m/s 的速度冲上斜面，根据动能定理得：mgh01mv带22v带262m 1.8m得： h2102g【点睛】该题要认真分析物体的受力情况和运动情况，选择恰当的过程，运用机械能守恒和动能定理解题5 如图，光滑绝缘水平面上静置两个质量均为m、相距为 x0 的小球 A 和 B，A 球所带电荷量为 +q， B 球不带电。现在 A 球右侧区域的有限宽度范围内加上水平向右的匀强电场，电场强度为 E，小球 A 在电场力作用下由静止开始运动，然后与B 球发生弹性正碰， A、 B 碰撞过程中没有电荷转移，且碰撞过程时间极短，求：(1)A 球与 B 球发生第一次碰撞后B 球的速度；(2)从
11、A 球开始运动到两球在电场中发生第二次碰撞前电场力对A 球所做的功；(3)要使 A、B 两球只发生三次碰撞，所加电场的宽度d 应满足的条件。【答案】（ 1）2qEx0 （2 ）5qEx0（ 3） 8x018N，二者间会相对滑动，对B，由牛顿第二定律；F 2m Mg1mg Ma1解得 a14m / s2；设 A 从左端滑出的时间为t1 ，则 L1a1t1211gt12 ，222解得 t11s 2s，此时 B 的速度 v1a1t14m / s故在 F 作用后的1s内，对 B， F2 MgMa 2 ，解得 a216m / s2此时 B 的速度 v2v1a2 2 t120m / s（3）若 F=16N
12、18N，则二者一起加速，由牛顿第二定律可知整体加速度a0F2 Mm g42Mm3m / s；当 A 刚好从 B 上滑下， F 的最短时间为 t2 ，设刚撤去 F 瞬间，整体的速度为v，则 v a0t 2撤去 F 后，对 A， a11 g2m / s2 ，对 B： a22 m M g1mg8m / s2Mv2v2L经分析， B 先停止运动， A 最后恰滑至 B 的最右端时速度减为零，故2a2 22a1联立解得 t23s1.73s点睛：此题是牛顿第二定律的综合应用问题；解决本题的关键是先搞清物体运动的物理过程，根据物体的受力判断出物体的运动情况，结合牛顿第二定律和运动学公式进行求解9 如图所示，绷
13、紧的传送带始终保持着大小为v=4m/s的速度水平匀速运动m=1kg的小物块无初速地放到皮带A 处，物块与皮带间的滑动动摩擦因数之间距离s=6m ，求物块（1 ）从 A 运动到 B 的过程中摩擦力对物块做多少功？（g=10m/s2）（2 ） A 到 B 的过程中摩擦力的功率是多少？一质量 =0.2，A、 B【答案】（ 1 ） 8J；（ 2 ）3.2W ；【解析】（1）小物块开始做匀加速直线运动过程：加速度为：物块速度达到与传送带相同时，通过的位移为：说明此时物块还没有到达B 点，此后物块做匀速直线运动，不受摩擦力，由动能定理得，摩擦力对物块所做的功为：（2）匀加速运动的时间，匀速运动的时间，摩擦
14、力的功率10 图1 中，质量为m 的物块叠放在质量为2m的足够长的木板上方右侧，木板放在光滑的水平地面上，物块与木板之间的动摩擦因数为在木板上施加一水平向右的拉力 F，在0 3s 内F 的变化如图2 所示，图中F 以mg为单位，重力加速度g=10m/s2.整个系统开始时静止（1）求 1s、 1.5s、 2s、3s 末木板的速度以及2s、 3s 末物块的速度；（2）在同一坐标系中画出0 3s 内木板和物块的vt 图象，据此求0 3s 内物块相对于木板滑过的距离【答案】（ 1），（2）如图所示【解析】【分析】【详解】（1）设木板和物块的加速度分别为a 和 a ，在 t 时刻木板和物块的速度分别为vt 和 v t ，木板和物块之间的摩擦力的大小为f，根据牛顿第二定律，运动学公式和摩擦定律得fma ， fmg当 vtv t ， v t2vt1a (t2t1)Ff2ma , vt 2vt1a(t2t1 )联立可得 v14m / s, v1.54.5m / s,v24m / s, v34m / s ， v 24m / s,v 34m / s（2）物块与木板运动的vt 图象，如右图所示在03s 内物块相对于木板的距离s 等于木板和物块vt 图线下的面积之差，即图中带阴影的四边形面积，该四边形由两个三角形组成，上面的三角形面积为0.25 （ m），下面的三角形面积为2（ m），因此s2.25m