高考物理專題匯編物理牛頓運(yùn)動(dòng)定律(一)及解析

1、高考物理專題匯編物理牛頓運(yùn)動(dòng)定律(一)及解析一、高中物理精講專題測(cè)試牛頓運(yùn)動(dòng)定律1 .某研究性學(xué)習(xí)小組利用圖 a所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究物塊在恒力F作用下加速度與斜面傾角的關(guān)系。已知木板 OA可繞軸O在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，板足夠長(zhǎng)，板面摩擦可忽略不計(jì)。某 次實(shí)驗(yàn)中，質(zhì)量 m=0.1kg的物塊在平行于板面向上、F=0.6N的恒力作用下，得到加速度 a與斜面傾角的關(guān)系圖線，如圖b所示，已知圖中ao為圖線與縱軸交點(diǎn)，日為圖線與橫軸交點(diǎn)。(重力加速度 g取10m/s2)求：n(1) ao多大？?jī)A角制多大？(2)當(dāng)傾角。為30。時(shí)，物塊在力斜面運(yùn)動(dòng)的最大距離？【答案】(1) 6m/s2, 37； (2)F作用下由

2、O點(diǎn)從靜止開始運(yùn)動(dòng)，2s后撤去，求物塊沿2.4m。【解析】【詳解】(1)由圖象可知，0=0,木板水平放置，此時(shí)物塊的加速度為ao由牛頓第二定律：F合=F=mao解得 ao=6m/s2由圖象可知木板傾角為&時(shí)，物塊的加速度 a=0即：F=mgsin 1解得01=37 °(2)當(dāng)木板傾角為 。=30時(shí)，對(duì)物塊由牛頓第二定律得：F-mgsin 0mai解得 ai=1m/s2設(shè)木塊2 s末速度為vi,由vi=ait得 vi=2m/s1 o2s內(nèi)物塊位移 s1= a1t2=2m2撤去F后，物塊沿斜面向上做勻減速運(yùn)動(dòng)。設(shè)加速度為a2,對(duì)物塊由牛頓第二定律得:mgsin 0ma2 a2=g

3、sin30 = 5m/s2撤去F后，物塊繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)的位移為S220.4m2a2則物塊沿斜面運(yùn)動(dòng)的最大距離s=s1+s2=2.4m2 .如圖所示，在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室里，粗糙細(xì)桿與豎直光滑圓軌 AB相切于A點(diǎn)，B為圓弧軌道的最高點(diǎn)，圓弧軌道半徑 R=1m,細(xì)桿與水平面之間的夾角 9=37°. 一個(gè)m=2kg的小球穿 在細(xì)桿上，小球與細(xì)桿間動(dòng)摩擦因數(shù) 月0.3.小球從靜止開始沿桿向上運(yùn)動(dòng) ，2s后小球剛 好到達(dá)A點(diǎn)，此后沿圓弧軌道運(yùn)動(dòng)，全過程風(fēng)對(duì)小球的作用力方向水平向右，大小恒定為40N.已知 g=10m/s2, sin37 =0.6, cos37°=0.8.求：(1)小球在A點(diǎn)時(shí)的

4、速度大小；(2)小球運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道作用力的大小及方向.【答案】(1)8m/s (2)12N【解析】 【詳解】(1)對(duì)細(xì)桿上運(yùn)動(dòng)時(shí)的小球受力分析，據(jù)牛頓第二定律可得：Fcos mgsin (Fsin mgcos ) ma代入數(shù)據(jù)得：a 4m/s2小球在A點(diǎn)時(shí)的速度vA at 8m/s(2)小球沿豎直圓軌道從 A到B的過程，應(yīng)用動(dòng)能定理得： 1212FRsin37 mgR(1 cos37 ) mvB - mvA 22解得：vB 2m/s小球在B點(diǎn)時(shí)，對(duì)小球受力分析，設(shè)軌道對(duì)球的力豎直向上，由牛頓第二定律知： 2VB mg Fnm R解得：fn=12N,軌道對(duì)球的力豎直向上由牛頓第三定律得：小球

5、在最高點(diǎn)B對(duì)軌道的作用力大小為 12N,方向豎直向下.3 .如圖所示，傳送帶水平部分xab=0.2m,斜面部分 xbc=5.5m , bc與水平方向夾角 o=37 °,一個(gè)小物體A與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)斤0.25,傳送帶沿圖示方向以速率 v=3m/s運(yùn)動(dòng)，若把物體A輕放到a處，它將被傳送帶送到 c點(diǎn)，且物體 A不脫離傳送帶，經(jīng) b點(diǎn)時(shí)速率 不變.(取 g=10m/s2, sin37 =0.6)求：(1)物塊從a運(yùn)動(dòng)到b的時(shí)間；(2)物塊從b運(yùn)動(dòng)到c的時(shí)間.【答案】(1) 0.4s； (2) 1.25s.【解析】【分析】根據(jù)牛頓第二定律求出在 ab段做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度，結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)

6、公式求出 a到b的運(yùn)動(dòng)時(shí)間.到達(dá)b點(diǎn)的速度小于傳送帶的速度，根據(jù)牛頓第二定律求出在bc段勻加速運(yùn)動(dòng)的加速度，求出速度相等經(jīng)歷的時(shí)間，以及位移的大小，根據(jù)牛頓第二定律求出速度相等后的加速度，結(jié)合位移時(shí)間公式求出速度相等后勻加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，從而得出b到c的時(shí)間.【詳解】(1)物體A輕放在a處瞬間，受力分析由牛頓第二定律得：mg ma1解得:2a12.5m/sA與皮帶共速需要發(fā)生位移:2vx共 一 2al9 m 1.8m 0.2m 5故根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，物體代入數(shù)據(jù)解得：(2)到達(dá)b點(diǎn)的速度：由牛頓第二定律得：代入數(shù)據(jù)解得：A從a運(yùn)動(dòng)到b:xabt10.4svb1m/s 3m/smg sin 37f2

7、 ma2N2 mg cos37 且 f2N22a2 8m/s物塊在斜面上與傳送帶共速的位移是:22VVb演 代入數(shù)據(jù)解得:時(shí)間為：0.5m 5.5mt2Vba23 1s 0.25s8因?yàn)間 sin 376m/s2> g cos372m/s2,物塊繼續(xù)加速下滑由牛頓第二定律得：mg sin 37f2 ma3N2 mg cos37，且 f2N2代入數(shù)據(jù)解得：2a3 4m/s、一一一、，12m設(shè)從共速到下滑至 c的時(shí)間為t3,由xbc s丑 vt3 a3t2 ,得: 2t3 1s綜上，物塊從b運(yùn)動(dòng)到c的時(shí)間為：t2 t3 1.25s4.如圖甲所示，光滑水平面上有一質(zhì)量為M = 1kg的足夠長(zhǎng)木

8、板。板左端有一質(zhì)量為m=0.5kg的物塊(視為質(zhì)點(diǎn))，物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為=0.2。初始時(shí)物塊與木板均處于靜止?fàn)顟B(tài)，已知 g = 10m/s2,物塊與木板間的最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力相等。(1)若僅給木板一水平向左的初速度0 3m/ s，求物塊相對(duì)木板滑動(dòng)的距離；(2)若僅給物塊施加一水平向右的力F, F隨時(shí)間t變化的圖像如圖乙所示，求物塊與木板最終的速度；(3)若按(1)問中給板初速度0 3m/s的同時(shí)，給木板施加一水平向右的恒力F = 6N,求經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間物塊會(huì)從木板上滑落?！敬鸢浮?1) 1.5m； (2)物塊和木板最終以 0.6m/s的速度勻速運(yùn)動(dòng).(3) 0.91s【解析】【詳解

9、】(1)設(shè)物塊與板最終達(dá)到相同的速度v,物塊在板上滑行的位移為L(zhǎng),由動(dòng)量守恒：MvoM m v1 o 1o由能重關(guān)系： mgLMv0M m v2 2解得L=1.5m(2)由題意可知，若物塊和木板一起向右加速，則拉力 FW 1.5N故在如圖所示的拉力的作用下物塊和板無法一起加速，經(jīng)ti=0.5s時(shí)，物塊的速度vi,板的速度V2對(duì)物塊：Ft1 mgt1 mv1對(duì)木板：mgt1Mv2解得 v=0.8m/s , v2=0.5m/s；30N5.如圖所示，一個(gè)質(zhì)量為 3kg的物體靜止在光滑水平面上.現(xiàn)沿水平方向?qū)ξ矬w施加的拉力，(g取10m/s2).求：(1)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度的大小;(2)物體運(yùn)動(dòng)3s時(shí)速

10、度的大??；(3)物體從開始運(yùn)動(dòng)到位移為20m時(shí)經(jīng)歷的時(shí)間.【答案】(1) 10m/s2 (2) 30m/s (3) 2s【解析】【詳解】(1)根據(jù)牛頓第二定律得：F 3022a 一 一 m/s 10m/s ；m 3(2)物體運(yùn)動(dòng)3s時(shí)速度的大小為：v at 10 3m/s 30m/s；(3)由位移與時(shí)間關(guān)系： 1.2x - at2則：1 220m 10 t2,2則：t 2s. 【點(diǎn)睛】本題是屬性動(dòng)力學(xué)中第一類問題，知道受力情況來確定運(yùn)動(dòng)情況，關(guān)鍵求解加速度，它是 聯(lián)系力與運(yùn)動(dòng)的紐帶.6 .我國(guó)科技已經(jīng)開啟 人工智能”時(shí)代，人工智能”己經(jīng)走進(jìn)千家萬戶.某天，小陳叫了外 賣，外賣小哥把貨物送到他家

11、陽臺(tái)正下方的平地上，小陳操控小型無人機(jī)帶動(dòng)貨物，由靜止開始豎直向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，一段時(shí)間后，貨物又勻速上升53s,最后再勻減速1s恰好到達(dá)他家陽臺(tái)且速度為零.貨物上升過程中，遙控器上顯示無人機(jī)在上升過程的最大速度為1m/s,高度為56m.貨物質(zhì)量為2kg,受到的阻力恒為其重力的0.02倍，重力加速度大小g=10m/s2.求(1)無人機(jī)勻加速上升的高度；(2)上升過程中，無人機(jī)對(duì)貨物的最大作用力.【答案】(1)2.5m； (2)20.8N【解析】【詳解】(1)無人機(jī)勻速上升的高度：h2=Vt2無人機(jī)勻減速上升的高度：h3= vt32無人機(jī)勻加速上升的高度：hi=hh2h3聯(lián)立解得：hi= 2

12、.5 m(2)貨物勻加速上升過程：v2=2ahi貨物勻加速上升的過程中，無人機(jī)對(duì)貨物的作用力最大，由牛頓運(yùn)動(dòng)定律得：F mg 0.02mg = ma聯(lián)立解得：F=20.8 N7 .在水平長(zhǎng)直的軌道上，有一長(zhǎng)度為L(zhǎng)的平板車在外力控制下始終保持速度vo做勻速直線運(yùn)動(dòng).某時(shí)刻將一質(zhì)量為 m的小滑塊輕放到車面的中點(diǎn)，滑塊與車面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 科，此時(shí)調(diào)節(jié)外力，使平板車仍做速度為V0的勻速直線運(yùn)動(dòng).- W/ (1)若滑塊最終停在小車上，滑塊和車之間因?yàn)槟Σ廉a(chǎn)生的內(nèi)能為多少？(結(jié)果用m, v0表示)(2)已知滑塊與車面間動(dòng)摩擦因數(shù) (F0.2,滑塊質(zhì)量 m=1kg ,車長(zhǎng)L=2m,車速vo=4m/s ,

13、取 g=10m/s2,當(dāng)滑塊放到車面中點(diǎn)的同時(shí)對(duì)該滑塊施加一個(gè)與車運(yùn)動(dòng)方向相同的恒力F,要保證滑塊不能從車的左端掉下，恒力 F大小應(yīng)該滿足什么條件？2【答案】(1) /丫0 (2) F 6N【解析】解：根據(jù)牛頓第二定律，滑塊相對(duì)車滑動(dòng)時(shí)的加速度a 3ggm滑塊相對(duì)車滑動(dòng)的時(shí)間：t ”a22g滑塊相對(duì)車滑動(dòng)的距離 s Vot "滑塊與車摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能 Q mgsi 2由上述各式解得Q -mv2 (與動(dòng)摩擦因數(shù)無關(guān)的定值)2(2)設(shè)恒力F取最小值為Fi,滑塊加速度為 ai ,此時(shí)滑塊恰好達(dá)到車的左端，則:滑塊運(yùn)動(dòng)到車左端的時(shí)間tiV0 ai由幾何關(guān)系有:Voti由牛頓定律有:Fimgma

14、)聯(lián)立可以得到:ti0.5s,Fi 6N則恒力F大小應(yīng)該滿足條件是:8.如圖所示，小孩子與冰車的總質(zhì)量為m 20kg.大人用大小為20N ,方向與水平面的夾角 37°的恒力F使冰車由靜止開始沿水平冰面運(yùn)動(dòng)。已知冰車與冰面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 0.05,取 sin37°0.6, cos37° 0.8 .求：(i)小孩與冰車受到冰面支持力的大小；(2)小孩子與冰車運(yùn)動(dòng)的加速度的大??；(3)若拉力F作用8s時(shí)間后撤去，最終小孩和冰車將停下來，則小孩和冰車在此運(yùn)動(dòng)過程 中的總位移的大小(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)?！敬鸢浮?i) i88N; (2) 0.33m/s2； (3) i

15、7.53m【解析】【分析】(i)對(duì)小孩和冰車受力分析，抓住豎直方向上平衡求出支持力的大小。(2)結(jié)合水平方向上所受的合力，根據(jù)牛頓第二定律求出加速度的大小?！驹斀狻?i)冰車和小孩受力如圖所示mg豎直方向上有 N+Fsin 0 =mg 得支持力N=i88N ；(2)由牛頓第二定律得：水平方向上有 Fcosaf=ma又摩擦力為f=(1N解得加速度a=0.33m/s2；1.2(3) t=8s時(shí)間內(nèi)，冰車位移是 Xi 2at解得：xi=i0.56m撤去拉力后物塊在滑動(dòng)摩擦力的作用下做勻減速運(yùn)動(dòng)到停止。mg ma解得：a0.5 %2減速過程中的位移為0 v2 c cx26.97m2a全過程的總位移為

16、x x1 x2 17.53m?！军c(diǎn)睛】本題考查了牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式的基本運(yùn)用，知道加速度是聯(lián)系力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的橋 梁，這類問題關(guān)鍵是求加速度。9.光滑水平桌面上有一個(gè)靜止的物體，其質(zhì)量為7kg,在14N的水平恒力作用下向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，求:5s末物體的速度的大??？ 5s內(nèi)通過的位移是多少？【答案】x=25m【解析】【分析】根據(jù)牛頓第二定律求出物體的加速度，根據(jù)速度時(shí)間公式和位移時(shí)間公式求出5s末的速度和5s內(nèi)的位移.【詳解】F 14, 2 八，2(1)根據(jù)牛頓第二定律得，物體的加速度為：a =一m/s=2m/s ；m 75s 末的速度為：v=at=2 x 5m/s=10m/s.(2) 5s 內(nèi)的位移為：x=at2= 1 x 2>2m = 25m.22【點(diǎn)睛】本題考查了牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式的綜合，知道加速度是聯(lián)系力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的橋梁.10.質(zhì)量為0.1kg的彈性球從空中某高度由靜止開始下落，該下落過程對(duì)應(yīng)的v-t圖線如圖2 、, 一一，、一所小；球與水平地面相碰后反彈，離開地面時(shí)的速度大小為碰撞前的一該球受到的空氣3阻力大小恒為f,取g=10m/s2,求：(1)彈性球受到的空氣阻力 f的大??；(2)彈性球第一次碰撞后反彈的最大高度h.【答案】(1) 0.4N (2) 1m