高中物理牛頓運動定律常見題型及答題技巧及練習題(含答案)

高中物理牛頓運動定律常見題型及答題技巧及練習題(含答案)一、高中物理精講專題測試牛頓運動定律1．如圖所示，在光滑水平面上有一段質(zhì)量不計，長為6m的綢帶，在綢帶的中點放有兩個緊靠著可視為質(zhì)點的小滑塊A、B，現(xiàn)同時對A、B兩滑塊施加方向相反，大小均為F=12N的水平拉力，并開始計時．已知A滑塊的質(zhì)量mA=2kg，B滑塊的質(zhì)量mB=4kg，A、B滑塊與綢帶之間的動摩擦因素均為μ=0.5，A、B兩滑塊與綢帶之間的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，不計綢帶的伸長，求：（1）t=0時刻，A、B兩滑塊加速度的大??；（2）0到3s時間內(nèi)，滑塊與綢帶摩擦產(chǎn)生的熱量．【答案】(1)；(2)30J【解析】【詳解】(1)A滑塊在綢帶上水平向右滑動，受到的滑動摩擦力為，水平運動，則豎直方向平衡：，；解得：——①A滑塊在綢帶上水平向右滑動，0時刻的加速度為，由牛頓第二定律得：——②B滑塊和綢帶一起向左滑動，0時刻的加速度為由牛頓第二定律得：——③；聯(lián)立①②③解得：，；(2)A滑塊經(jīng)滑離綢帶，此時滑塊發(fā)生的位移分別為和代入數(shù)據(jù)解得：，，2秒時A滑塊離開綢帶，離開綢帶后A在光滑水平面上運動，B和綢帶也在光滑水平面上運動，不產(chǎn)生熱量，3秒時間內(nèi)因摩擦產(chǎn)生的熱量為：代入數(shù)據(jù)解得：．2．如圖甲所示，光滑水平面上有一質(zhì)量為M=1kg的足夠長木板。板左端有一質(zhì)量為m=0.5kg的物塊（視為質(zhì)點），物塊與木板間的動摩擦因數(shù)為=0.2。初始時物塊與木板均處于靜止狀態(tài)，已知g=10m/s2,物塊與木板間的最大靜摩擦力與滑動摩擦力相等。(1)若僅給木板一水平向左的初速度,求物塊相對木板滑動的距離；(2)若僅給物塊施加一水平向右的力F，F(xiàn)隨時間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)問中給板初速度的同時，給木板施加一水平向右的恒力F=6N，求經(jīng)多長時間物塊會從木板上滑落?！敬鸢浮浚?）1.5m；（2）物塊和木板最終以0.6m/s的速度勻速運動.（3）0.91s【解析】【詳解】（1）設(shè)物塊與板最終達到相同的速度v，物塊在板上滑行的位移為L，由動量守恒：由能量關(guān)系：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F≤1.5N，故在如圖所示的拉力F的作用下物塊和板無法一起加速，經(jīng)t1=0.5s時，物塊的速度v1，板的速度v2對物塊：對木板：解得v1=0.8m/s，v2=0.5m/s；3．在水平力F作用下，質(zhì)量為0.4kg的小物塊從靜止開始沿水平地面做勻加速直線運動，經(jīng)2s運動的距離為6m，隨即撤掉F，小物塊運動一段距離后停止．已知物塊與地面之間的動摩擦因數(shù)μ=0.5，g=10m/s2．求：（1）物塊運動的最大速度；（2）F的大小；（3）撤去F后，物塊克服摩擦力做的功【答案】（1）6m/s（2）3.2N（3）7.2J【解析】【分析】（1）物塊做勻加速直線運動，運動2s時速度最大．已知時間、位移和初速度，根據(jù)位移等于平均速度乘以時間，求物塊的最大速度．（2）由公式v=at求出物塊勻加速直線運動的加速度，由牛頓第二定律求F的大小．（3）撤去F后，根據(jù)動能定理求物塊克服摩擦力做的功．【詳解】（1）物塊運動2s時速度最大．由運動學公式有：x=t可得物塊運動的最大速度為：（2）物塊勻加速直線運動的加速度為：a==3m/s2．設(shè)物塊所受的支持力為N，摩擦力為f，根據(jù)牛頓第二定律得：F-f=maN-mg=0，又f=μN聯(lián)立解得：F=3.2N（3）撤去F后，根據(jù)動能定理得：-Wf=0-mv2可得物塊克服摩擦力做的功為：Wf=7.2J【點睛】本題考查了牛頓第二定律和運動學公式的綜合運用，知道加速度是聯(lián)系力學和運動學的橋梁，要注意撤去F前后摩擦力的大小是變化的，但動摩擦因數(shù)不變．4．“復興號”動車組共有8節(jié)車廂，每節(jié)車廂質(zhì)量m=18t，第2、4、5、7節(jié)車廂為動力車廂，第1、3、6、8節(jié)車廂沒有動力。假設(shè)“復興號”在水平軌道上從靜止開始加速到速度v=360km/h，此過程視為勻加速直線運動，每節(jié)車廂受到f=1.25×103N的阻力，每節(jié)動力車廂的牽引電機提供F=4.75×104N的牽引力。求：(1)該過程“復興號”運動的時間；(2)第4節(jié)車廂和第5節(jié)車廂之間的相互作用力的大小?！敬鸢浮浚?）80s（2）0【解析】【分析】（1）以動車組為研究對象，根據(jù)牛頓第二定律結(jié)合運動公式求解該過程“復興號”運動的時間；（2）以前4節(jié)車廂為研究對象，由牛頓第二定律列式求解第4節(jié)車廂和第5節(jié)車廂之間的相互作用力的大小.【詳解】（1）以動車組為研究對象，由牛頓第二定律：4F-8f=8ma動車組做勻加速運動，則v=at解得t=80s（2）以前4節(jié)車廂為研究對象，假設(shè)第4、5節(jié)車廂間的作用力為N,則由牛頓第二定律：2F-4f+N=4ma解得N=0.5．高鐵的開通給出行的人們帶來了全新的旅行感受，大大方便了人們的工作與生活．高鐵每列車組由七節(jié)車廂組成，除第四節(jié)車廂為無動力車廂外，其余六節(jié)車廂均具有動力系統(tǒng)，設(shè)每節(jié)車廂的質(zhì)量均為m，各動力車廂產(chǎn)生的動力相同，經(jīng)測試，該列車啟動時能在時間t內(nèi)將速度提高到v，已知運動阻力是車重的k倍．求：(1)列車在啟動過程中，第五節(jié)車廂對第六節(jié)車廂的作用力；(2)列車在勻速行駛時，第六節(jié)車廂失去了動力，若仍要保持列車的勻速運動狀態(tài)，則第五節(jié)車廂對第六節(jié)車廂的作用力變化多大？【答案】（1）m(+kg)（2）kmg【解析】【詳解】(1)列車啟動時做初速度為零的勻加速直線運動，啟動加速度為a=①對整個列車，由牛頓第二定律得：F-k·7mg=7ma②設(shè)第五節(jié)對第六節(jié)車廂的作用力為T，對第六、七兩節(jié)車廂進行受力分析，水平方向受力如圖所示，由牛頓第二定律得+T-k·2mg=2ma，③聯(lián)立①②③得T=-m(+kg)④其中“-”表示實際作用力與圖示方向相反，即與列車運動相反．(2)列車勻速運動時，對整體由平衡條件得F′-k·7mg=0⑤設(shè)第六節(jié)車廂有動力時，第五、六節(jié)車廂間的作用力為T1，則有：+T1-k·2mg=0⑥第六節(jié)車廂失去動力時，仍保持列車勻速運動，則總牽引力不變，設(shè)此時第五、六節(jié)車廂間的作用力為T2，則有：+T2-k·2mg=0，⑦聯(lián)立⑤⑥⑦得T1=-kmgT2=kmg因此作用力變化ΔT=T2-T1=kmg6．如圖所示，某貨場而將質(zhì)量為m1="100"kg的貨物（可視為質(zhì)點）從高處運送至地面，為避免貨物與地面發(fā)生撞擊，現(xiàn)利用固定于地面的光滑四分之一圓軌道，使貨物中軌道頂端無初速滑下，軌道半徑R="1.8"m．地面上緊靠軌道次排放兩聲完全相同的木板A、B，長度均為l=2m，質(zhì)量均為m2="100"kg，木板上表面與軌道末端相切．貨物與木板間的動摩擦因數(shù)為1，木板與地面間的動摩擦因數(shù)=0.2．（最大靜摩擦力與滑動摩擦力大小相等，取g="10"m/s2）（1）求貨物到達圓軌道末端時對軌道的壓力．（2）若貨物滑上木板4時，木板不動，而滑上木板B時，木板B開始滑動，求1應滿足的條件．（3）若1=0.5，求貨物滑到木板A末端時的速度和在木板A上運動的時間．【答案】（1）（2）0.4<μ1<0.6（3）t=0.4s【解析】【分析】【詳解】(1)設(shè)貨物滑到圓軌道末端是的速度為V0，對貨物的下滑過程中根據(jù)機械能守恒定律得，①設(shè)貨物在軌道末端所受支持力的大小為FN，根據(jù)牛頓第二定律得②聯(lián)立以上兩式代入數(shù)據(jù)得③根據(jù)牛頓第三定律，貨物到達圓軌道末端時對軌道的壓力大小為3000N，方向豎直向下．(2)若滑上木板A時,木板不動,由受力分析得μ1m1g?μ2(m1+2m2)g④若滑上木板B時,木板B開始滑動,由受力分析得μ1m1g>μ2(m1+m2)g⑤聯(lián)立④⑤式代入數(shù)據(jù)得0.4<μ1?0.6⑥．(3)當μ1=0.5時，由⑥式可知，貨物在木板A上滑動時，木板不動．設(shè)貨物在木板A上做減速運動時的加速度大小為a1，由牛頓第二定律得μ1m1g?m1a1⑦設(shè)貨物滑到木板A末端是的速度為V1,由運動學公式得V12?V02=?2a1L⑧聯(lián)立①⑦⑧式代入數(shù)據(jù)得V1=4m/s⑨設(shè)在木板A上運動的時間為t,由運動學公式得V1=V0?a1t⑩聯(lián)立①⑦⑨⑩式代入數(shù)據(jù)得t=0.4s7．如圖所示，水平傳送帶長L=5m，以速度v=2m/s沿圖示方向勻速運動現(xiàn)將一質(zhì)量為1kg的小物塊輕輕地放上傳送帶的左端，已知小物塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為μ=0.2，g=10m/s2。求：①物塊從左端傳送到右端需要的時間②物體在傳送帶上因摩擦而產(chǎn)生的熱量【答案】①3s②2J【解析】【詳解】①物體在傳送帶上開始做加速運動，共速后做勻速運動，開始的加速度為；加速的時間加速的位移：；勻速的時間：則物塊從左端傳送到右端需要的時間t=t1+t2=3s；②物體在傳送帶上因摩擦而產(chǎn)生的熱量：8．如圖甲，圓圈內(nèi)放大的集成塊可以同時自動測量沿手機短邊（x軸）、長邊（y軸）和垂直面板方向（z軸）的加速度，相當于在三個方向上各有一個如圖乙所示的一維加速度計，圖中固定在力傳感器上的質(zhì)量塊的質(zhì)量為m．下面僅研究x軸處于水平方向和y軸處于豎直方向的加速度情況．（1）沿x軸方向，若用F表示力傳感器垂直接觸面對質(zhì)量塊的作用力，取+x軸方向為加速度正方向，導出手機在水平方向的加速度的表達式；（2）沿y軸方向，若用F表示力傳感器垂直接觸面對質(zhì)量塊的作用力，取+y軸方向為加速度正方向，導出手機在豎直方向的加速度的表達式；（3）當手機由豎屏變橫屏時，為讓手機感知到這種變化，需要通過電信號分別將（1）和（2）中導出的加速度進行輸出，但應統(tǒng)一輸出項a出，請分別寫出水平和豎直方向上輸出項a出的表達式；（4）當手機由豎屏變橫屏時，顯示的視頻畫面會隨之由窄變寬，請解釋其中的原理．【答案】（1）（2）（3）（4）當手機豎屏播放視頻時，、將手機轉(zhuǎn)為橫屏時，加速度計測得水平、豎直兩個方向加速度的值發(fā)生交換；智能手機據(jù)此做出判斷，將視頻畫面由窄變寬．【解析】【分析】【詳解】（1）質(zhì)量塊在+x軸方向只受力傳感器垂直接觸面對它的作用力F，由牛頓第二定律得：（2）質(zhì)量塊在+y軸方向受重力（mg）、力傳感器垂直接觸面對它的作用力F兩個力的作用，由牛頓第二定律得：（3）應統(tǒng)一設(shè)置水平和豎直方向上通過力傳感器電信號輸出的加速度的表達式為：在水平方向的加速度的輸出表達式：在豎直方向的加速度的輸出表達式：（4）當手機豎屏播放視頻時，、將手機轉(zhuǎn)為橫屏時，加速度計測得水平、豎直兩個方向加速度的值發(fā)生交換；智能手機據(jù)此做出判斷，將視頻畫面由窄變寬．9．如圖所示，在光滑的水平地面上，相距L＝10m的A、B兩個小球均以v0＝10m/s向右運動，隨后兩球相繼滑上傾角為30°的足夠長的光滑斜坡，地面與斜坡平滑連接，取g＝10m/s2．求：A球滑上斜坡后經(jīng)過多長時間兩球相遇．【答案】2.5s【解析】試題分析：設(shè)A球滑上斜坡后經(jīng)過t1時間B球再滑上斜坡，則有：1sA球滑上斜坡后加速度m/s2設(shè)此時A球向上運動的位移為，則m此時A球速度m/sB球滑上斜坡時，加速度與A相同，以A為參考系，B相對于A以m/s做勻速運動，設(shè)再經(jīng)過時間它們相遇，有：s則相遇時間s考點：本題考查了運動學公式的應用10．如圖所示，質(zhì)量為M=8kg的小車停放在光滑水平面上，在小車右端施加一水平恒力F，當小車向右運動速度達到時，在小車的右端輕輕放置一質(zhì)量m=2kg的小物塊，經(jīng)過t1=2s的時間，小物塊與小車保持相對靜止。已知小物塊與小車間的動摩擦因數(shù)0.2，假設(shè)小車足夠長，g取10m／s2，求：(1)水平恒力F的大小；(2)從小物塊放到車上開始經(jīng)過t=4s小物塊相對地面的位移；