【物理】高考必備物理牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用技巧全解及練習(xí)題(含答案)

【物理】高考必備物理牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用技巧全解及練習(xí)題(含答案)一、高中物理精講專題測(cè)試牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用1.如圖所示，傾角a=30的足夠長(zhǎng)傳送帶上有一長(zhǎng) L=1.0m,質(zhì)量M=0.5kg的薄木板，木板的最右端疊放質(zhì)量為m=0.3kg的小木塊.對(duì)木板施加一沿傳送帶向上的恒力 F,同時(shí)讓傳送帶逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，運(yùn)行速度 v=1.0m/s。已知木板與物塊間動(dòng)摩擦因數(shù) 內(nèi)=1,木板與傳送2帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)也=叵,取g=10m/s2,最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力。4(1)若在恒力F作用下，薄木板保持靜止不動(dòng)，通過(guò)計(jì)算判定小木塊所處的狀態(tài)；(2)若小木塊和薄木板相對(duì)靜止，一起沿傳送帶向上滑動(dòng)，求所施恒力的最大值 Fm;⑶若F=10N,木板與物塊經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間分離 ？分離前的這段時(shí)間內(nèi)，木板、木塊、傳送帶組成系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量Q。2)9.0N(3)1s12J2)9.0N(3)1s12J【解析】【詳解】(1)對(duì)小木塊受力分析如圖甲：木塊重力沿斜面的分力： mgsin木塊重力沿斜面的分力： mgsin13mg31mgcos mg4斜面對(duì)木塊的最大靜摩擦力： fm由于：fmmgsin所以，小木塊處于靜止?fàn)顟B(tài)；(2)設(shè)小木塊恰好不相對(duì)木板滑動(dòng)的加速度為a，小木塊受力如圖乙所示，則1mgcosmgsinma11mgcos Ma木板受力如圖丙所示，則： FmMgsin2Mmgcos… 9解得：Fm-Mmg9.0N圖內(nèi)(3)因?yàn)镕=10N>9N,所以兩者發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)2對(duì)小木塊有：a1gcosgsin2.5m/s對(duì)長(zhǎng)木棒受力如圖丙所示MaFMgsin2Mmgcos 〔mgcosMa解得a4.5m/s2一 1c1c由幾何關(guān)系有：Latat2 2解得t1s全過(guò)程中產(chǎn)生的熱量有兩處，則,2一a3tcosQQiQ,2一a3tcos解得：Q12J。2.如圖所示，長(zhǎng)L=10m的水平傳送帶以速度v=8m/s勻速運(yùn)動(dòng)。質(zhì)量分別為2m、m的小物塊P、Q,用不可伸長(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)繩，通過(guò)固定光滑小環(huán) C相連。小物塊P放在傳送帶的最左端，恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)， GP間的細(xì)繩水平。現(xiàn)在P上固定一質(zhì)量為2m的小物塊(圖中未畫出)，整體將沿傳送帶運(yùn)動(dòng)，已知 Q、C間距大于10m,重力加速度g取10m/s2.求：(1)小物塊P與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù);(2)小物塊P從傳送帶左端運(yùn)動(dòng)到右端的時(shí)間；(3)當(dāng)小物塊P運(yùn)動(dòng)到某位置S(圖中末畫出)時(shí)將細(xì)繩剪斷，小物塊 P到達(dá)傳送帶最右端時(shí)剛好與傳送帶共速，求位置 S距傳送帶右端的距離。【答案】(1)0.5(2)屈？(3)4m(1)對(duì)物體P、Q分別由平衡條件求解即可；(2)判斷滑塊的運(yùn)動(dòng)是一直加速還是先加速后勻速.(3)相對(duì)運(yùn)動(dòng)確定滑動(dòng)摩擦力，相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)弄清靜摩擦力方向，結(jié)合牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求距離.【詳解】(1)設(shè)靜止時(shí)細(xì)繩的拉力為T),小物塊(1)設(shè)靜止時(shí)細(xì)繩的拉力為T),小物塊P與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為,P、Q受力如圖：由平衡條件得：To (2m)gTomg0.5(2)設(shè)小物塊P在傳送帶上運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度為3,細(xì)繩的拉力為T,P、Q受力如圖,由牛頓第二定律得，對(duì)P： (2m2m)gT(2m2m)a1對(duì)QTmgma1假設(shè)P一直加速至傳送帶最右端時(shí)間為 t,末速度為w由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得：V2aLvi=a〔t聯(lián)立以上兩式并代入數(shù)據(jù)得： t.10s,vi=2.10m/s<v假設(shè)成立.(3)設(shè)細(xì)繩剪斷后小物塊P的加速度大小為a2,小物塊P在S處的速度大小為v2，位置S距離傳送帶左端距離為Xi,距離傳送帶右端距離為X2,P受力如圖：t斷繩后由牛頓第二定律得： (2m2m)g(2m2m)a?斷繩前由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得： V222a1X1斷繩后由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得： v2v222a2x2x1x2L聯(lián)立以上各式并代入數(shù)據(jù)得： S距離傳送帶右端距離： X24m【點(diǎn)睛】本題關(guān)鍵是明確滑塊P、Q的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況，結(jié)合牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式列式求解.3.如圖，一塊長(zhǎng)度為L(zhǎng)9m、質(zhì)量為M1kg的長(zhǎng)木板靜止放置在粗糙水平地面上.另有質(zhì)量為m1kg的小鉛塊(可看做質(zhì)點(diǎn))，以v012m/s的水平初速度向右沖上木板.已知鉛塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 10.4,木板與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為220.1,重力加速度取g10m/s,求：1鉛塊剛沖上木板時(shí)，鉛塊與木板的加速度 詡、a2的大小；2鉛塊從木板上滑落所需時(shí)間；3為了使鉛塊不從木板上滑落，在鉛塊沖上木板的瞬間，對(duì)長(zhǎng)木板施加一水平向右的恒定拉力F,求恒力F的范圍.【答案】(1)4m/s2；2m/s2(2)1s(3)2N<F<10N【解析】【分析】(1)對(duì)鉛塊、木板根據(jù)牛頓第二定律求解加速度大??；( 2)從開始到滑落過(guò)程，鉛塊和木板的位移之差等于L,求解時(shí)間；(3)根據(jù)兩種臨界態(tài)：到右端恰好共速以及共速后不能從左側(cè)滑下求解力F的范圍；【詳解】(1)鉛塊： 1mgma1解得ai=4m/s2;對(duì)木板：img2(Mm)gMa2解得a2=2m/s2TOC\o"1-5"\h\z1 1 2 1 2(2)從開始到滑落過(guò)程： 伍白]a41)2a2L L解得t1=1sv1v0ait18m/sv2a2t12m/s1 ,2、 1 ,2 ,(3)到右麻恰好共速：(Vot2"2a1t2)萬(wàn)a2t2L’V0alt2a2t2解得a'2=4m/s2木板：F 1mg 2(Mm)gMa2解得f>2N；共速后不能從左側(cè)滑下： F-2(Mm)g(Mm)a共，a共 1g解得Fw10N,則F的范圍：2NWFW10N【點(diǎn)睛】本題主要是考查牛頓第二定律的綜合應(yīng)用，對(duì)于牛頓第二定律的綜合應(yīng)用問(wèn)題，關(guān)鍵是弄清楚物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程和受力情況，利用牛頓第二定律或運(yùn)動(dòng)學(xué)的計(jì)算公式求解加速度，再根據(jù)題目要求進(jìn)行解答；知道加速度是聯(lián)系靜力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的橋梁.4.如圖所示，始終繃緊的水平傳送帶以 步工4°刖四的恒定速率沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，質(zhì)量M=10*。的平板車停在傳送帶的右端.現(xiàn)把質(zhì)量m=工口叼可視為質(zhì)點(diǎn)的行李箱輕輕放到距傳送帶右端M=5,0m位置.行李箱與傳送帶、平板車間的動(dòng)摩擦因數(shù)分別為內(nèi)=吟出="5,平板車與水平地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為"？="」.(不計(jì)空氣阻力，g=10m/s2)試求：(1)行李箱在傳送帶上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間耳(2)若行李箱由傳送帶滑到平板車上時(shí)速度不變，要想行李箱恰不從平板車上滑出，平板車的最小長(zhǎng)度 ^m【答案】(1)2.25s(2)見(jiàn)解析【解析】

(1)行李箱在傳送帶加速時(shí)的加速度滿足 川=m圖,則供二2m/0行李箱在傳送帶能加速的時(shí)間(1)行李箱在傳送帶加速時(shí)的加速度滿足 川=m圖,則供二2m/0行李箱在傳送帶能加速的時(shí)間能加速的距離速。11ri=/出=_X2x2-m=4m<5,所以行李箱在傳送帶上先加速后勻行李箱在傳送帶勻速的時(shí)間工0一工1t2=-T-5-4 s—0.25^4行李箱在傳送帶上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間Li+=2.25s(2)行李箱滑到平板車后，當(dāng)行李箱速度大于平板車速度時(shí)：行李箱做減速運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律可得，行李箱加速度大小滿足az=5m居平板車做加速運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律可得，平板車加速度大小滿足啊廣角(M干加日?"叫解得:%則:設(shè)行李箱經(jīng)時(shí)間E3%則:…*叫,解得:這種情況下，平板車的長(zhǎng)度30平板車的最小長(zhǎng)度iioin二百這種情況下，平板車的長(zhǎng)度30平板車的最小長(zhǎng)度iioin二百.%2~t3“3=I7rtt點(diǎn)睛：板塊模型是牛頓運(yùn)動(dòng)定律部分的典型模型，要注意研究對(duì)象的選取，以及臨界條件的確定。.高臺(tái)滑雪以其驚險(xiǎn)刺激而聞名，運(yùn)動(dòng)員在空中的飛躍姿勢(shì)具有很強(qiáng)的觀賞性。某滑雪軌道的完整結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化成如圖所示的示意圖。其中AB道的完整結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化成如圖所示的示意圖。其中AB段是助滑坡，傾角a=37；BC段是水平起跳臺(tái)，CD段是著陸坡，傾角 0=30；DE段是停止區(qū)，AB段與BC段平滑相連，軌道各部分與滑雪板間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為 科=0.03圖中軌道最高點(diǎn)A處的起滑臺(tái)距起跳臺(tái) BC的豎直高度h=47m。運(yùn)動(dòng)員連同滑雪板的質(zhì)量 m=60kg,滑雪運(yùn)動(dòng)員從A點(diǎn)由靜止開始起滑，通過(guò)起跳臺(tái)從C點(diǎn)水平飛出，運(yùn)動(dòng)員在著陸坡 CD上的著陸位置與C點(diǎn)的距離l=120m。設(shè)運(yùn)動(dòng)員在起跳前不使用雪杖助滑，忽略空氣阻力的影響，取重力加速度g=10m/s2,sin37=0.6,cos37=0.8。求：

(1)運(yùn)動(dòng)員在助滑坡AB上運(yùn)動(dòng)加速度的大?。?2)運(yùn)動(dòng)員在C點(diǎn)起跳時(shí)速度的大??；(3)運(yùn)動(dòng)員從起滑臺(tái)A點(diǎn)到起跳臺(tái)C點(diǎn)的過(guò)程中克服摩擦力所做的功?！敬鸢浮?1),76m/s?⑵30m/5|(3)|1200J【解析】【詳解】(1)運(yùn)動(dòng)員在助滑坡AB上運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)牛頓第二定律得 ：mgsin-黑mgcosa=ma解得：a=gssin-c@cos/=10X(0.6-0.03X0)8=5.76m/s2.(2)設(shè)運(yùn)動(dòng)員從C點(diǎn)起跳后到落到著陸坡上的時(shí)間為 t,C點(diǎn)到著陸坡上著陸點(diǎn)的距離為L(zhǎng).運(yùn)動(dòng)員從C點(diǎn)起跳后做平拋運(yùn)動(dòng)，則有111豎直方向：Lsin胸gt2.?①水平方向：Lcos。=vt??②承由①：②得:tan是如解得t=2|；:''：s,V0=30m/s(3)運(yùn)動(dòng)員從起滑臺(tái)A點(diǎn)到起跳臺(tái)C點(diǎn)的過(guò)程，根據(jù)動(dòng)能定理得1112mgh-Wf=mv02解得克服摩擦力所做的功【點(diǎn)睛】Wf=mgh-?解得克服摩擦力所做的功【點(diǎn)睛】Wf=mgh-?mv02=60x10X47-60X2301200J本題要分析清楚運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)情況，知道運(yùn)動(dòng)員先做勻加速運(yùn)動(dòng)，后做勻減速運(yùn)動(dòng)，最后平拋運(yùn)動(dòng)，是動(dòng)能定理和平拋運(yùn)動(dòng)的綜合，要善于運(yùn)用斜面的傾角研究平拋運(yùn)動(dòng)兩個(gè)分位移之間的關(guān)系，求出時(shí)間..如圖甲所示，長(zhǎng)木板A靜止在水平地面上，其右端疊放著物塊 B,左端恰好在。點(diǎn)，水平面以。點(diǎn)為界，左側(cè)光滑、右側(cè)粗糙。物塊 C(可以看作質(zhì)點(diǎn))和D間夾著一根被壓縮的彈簧，并用細(xì)線鎖住，兩者以共同速度 vo=8m/s向右運(yùn)動(dòng)，某時(shí)刻細(xì)線突然斷開， C和彈簧分離后，撤去D,C與A碰撞并與A粘連(碰撞時(shí)間極短)，此后， AC及B的速度一時(shí)間圖象如圖乙所示。已知A、B、CD的質(zhì)量均為m=lkg,木板A的長(zhǎng)度l=5m,AC與粗糙面間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同，最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，重力加速度 g=10m/s2。求：(1)長(zhǎng)木板A與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)及B與A間的動(dòng)摩擦因數(shù)。(2)燒斷細(xì)線之前彈簧的彈性勢(shì)能。(3)最終物塊B離長(zhǎng)木板A左端的距離。乙可知:中乙(1)0.10.2 (2)1J3.05m(1)設(shè)A乙可知:中乙(1)0.10.2 (2)1J3.05m(1)設(shè)A與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0-1s,AC整體做勻減速運(yùn)動(dòng)的加速度B與A上表面的動(dòng)摩擦因數(shù)為 由圖aA1=3.5m/s2,B做勻加速運(yùn)動(dòng)的加速度aB1=1m/s2,對(duì)AC整體：3mgmg 2ma對(duì)AC整體：3mgmg 2maA1對(duì)B有：mg解得：/=0.1;maB1==0.2(2)C與A(2)C與A碰撞過(guò)程中動(dòng)量守恒： mv=2mw,其中解得vo=9m/sVA=4.5m/s彈簧彈開過(guò)程中，CD系統(tǒng)動(dòng)量守恒，由動(dòng)量守恒定律:2mv0mvCmvD解得：vD=7m/s彈簧彈開過(guò)CD解得：vD=7m/s彈簧彈開過(guò)CD及彈簧組成的系的機(jī)械能守恒，則有：22mv0EP12一mvC212-mvD2解得：巳=1J(3)由圖乙可知:0-1s內(nèi)B相對(duì)A向左運(yùn)動(dòng)的位移:X(3)由圖乙可知:0-1s內(nèi)B相對(duì)A向左運(yùn)動(dòng)的位移:X14.5一1m2.25m2AB速度相等后，B的加速度：aB221m/sAC整體的加速度：aA23mg——mg2m2.5m/s'因aA2 因aA2 aB2,所以AC整體先停止運(yùn)動(dòng),1AC整體的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為： ts2.50.4s在0.4s內(nèi)B相對(duì)A向右運(yùn)動(dòng)的位移:在0.4s內(nèi)B相對(duì)A向右運(yùn)動(dòng)的位移:X2vt1 22aB2t1 vt0.12m2A停止時(shí)B的速度：vvaB2t0.6m/s然后B然后B在A上面做勻減速運(yùn)動(dòng)直到停止， B的加速度aB32g1m/sB相對(duì)A向右運(yùn)動(dòng)的位移:B相對(duì)A向右運(yùn)動(dòng)的位移:X3'2v——0.18m2aB3所以最終B離長(zhǎng)木板A左端的距離xlx1x2x33.05m7.如圖，在光滑的水平面上靜止著足夠長(zhǎng)、質(zhì)量為3m的木板，木板上依次排放質(zhì)量均為m的木塊1、2、3,木塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為 ?現(xiàn)同時(shí)給木塊1、2、3水平向右的初速度V0、2v0、3v0,最后所有的木塊與木板相對(duì)靜止。已知重力加速度為 g,求與2l031nri._n_.ri .3一一二一一一 11求所有木塊都相對(duì)靜止時(shí)的速度；2木塊3從開始運(yùn)動(dòng)到與木板相對(duì)靜止時(shí)位移的大?。?木塊2在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的最小速度。【答案】1?0；2*；3?5v0【解析】【分析】1當(dāng)木塊3與木板的速度相等時(shí)，三個(gè)木塊與木板的速度均相等，由系統(tǒng)動(dòng)量守恒求得共同速度。2木塊3在木板上勻減速運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式結(jié)合求解。3由動(dòng)量守恒定律求木塊2在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的最小速度。【詳解】1當(dāng)木塊3與木板的速度相等時(shí)，三個(gè)木塊與木板的速度均相等，且為 v。取向右為正方向，系統(tǒng)動(dòng)量守恒得： mv02v03v06mv解得：vv02術(shù)塊3在木板上勻減速運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律： mgma由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有：（3v。）2v22as3.?.. . 4V2解得木塊3從開始運(yùn)動(dòng)到與木板相對(duì)靜止時(shí)位移的大小： s3"0g3設(shè)木塊2的最小速度為V2,此時(shí)木塊3的速度為V3,由動(dòng)量守恒定律mv02v03v0 2m3mv2mv3在此過(guò)程中，木塊3與木塊2速度改變量相同3V0v32V0V2,一5斛得V2 V06

故本題答案是：1故本題答案是：1Vo； 24v0【點(diǎn)睛】本題木塊在木板上滑動(dòng)類型，分析物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程是解題基礎(chǔ)，其次要把握物理過(guò)程的物理規(guī)律，常常根據(jù)動(dòng)量守恒和能量守恒結(jié)合處理。8.《中華人民共和國(guó)道路交通安全法》規(guī)定：汽車在高速公路上行駛的最高速度不能超過(guò)120km/h.有一卡車甲在高速公路上發(fā)生了故障，警察在距離故障車 150m處放置了警告標(biāo)示牌，以提醒后方的車輛.另有一小轎車乙正以 120km/h的速度向故障車駛來(lái)，司機(jī)突然發(fā)現(xiàn)了警告標(biāo)示牌，此時(shí)車輛距標(biāo)示牌距離 d=20m,司機(jī)立即緊急剎車.已知司機(jī)的反應(yīng)時(shí)間t=0.3s,路面與輪胎之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 0.5,重力加速度g取10m/s2.求：(1)在反應(yīng)時(shí)間內(nèi)轎車的位移大??；(2)剎車過(guò)程的加速度大??；(3)計(jì)算分析甲、乙兩車是否相撞.【答案】110m；25m/s2;3甲、乙兩車不會(huì)相撞【解析】【詳解】(1)司機(jī)的反應(yīng)時(shí)間0.3s內(nèi)，轎車做勻速直線運(yùn)動(dòng),由題意知：v0120km/h竺^m/s3所以在反應(yīng)時(shí)間內(nèi)轎車的位移大小 x1v0t1000.3m10m3(2)剎車過(guò)程，根據(jù)牛頓第二定律得 mgma得a5m/s2.(3)轎車剎車后做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，發(fā)生位移為當(dāng)轎車司機(jī)發(fā)現(xiàn)警告標(biāo)示牌到剎車停下時(shí)通過(guò)的總位移為 xx1x2121m因xd150m20m150m170m.故轎車乙不會(huì)與故障車甲相撞.9.如圖所示，在傾角37的足夠長(zhǎng)的固定的斜面上，有一質(zhì)量 m=1kg的物塊，物塊與斜面間因數(shù)科=0.2物體受到沿平行于斜面向上的輕細(xì)線的拉力 F=9.6N的作用，從靜止開始運(yùn)動(dòng)，經(jīng)2s繩子突然斷了，求:(i)繩斷瞬間物體的速度大小為多少 ？(2)繩斷后多長(zhǎng)時(shí)間物體速度大小達(dá)到 22m/s.(sin37=0：6,g=10m/s2)【答案】(1)v14m/s(2)t5.53s【解析】(1)在最初2s內(nèi)，物體在F=9.6N拉力作用下，從靜止開始沿斜面做勻加速運(yùn)動(dòng),根據(jù)受力分析圖可知：沿斜面方向：F-mgsin0-Ff=mai沿y方向：FN=mgcos0且Ff=帆TOC\o"1-5"\h\z小.Fmgsinmgc