高考物理试题真题分类汇编牛顿运动定律的应用含解析

1、高考物理试题真题分类汇编牛顿运动定律的应用含解析一、高中物理精讲专题测试牛顿运动定律的应用1 如图所示，钉子a、b 相距 5l，处于同一高度细线的一端系有质量为m 的小物块，另一端绕过 a 固定于 b质量为 m 的小球固定在细线上c 点， b、 c 间的线长为3l用手竖直向下拉住小球，使小球和物块都静止，此时bc 与水平方向的夹角为53松手后，小球运动到与 a、 b 相同高度时的速度恰好为零，然后向下运动忽略一切摩擦，重力加速度为g，取 sin53 =0.8， cos53 =0.6求：（ 1）小球受到手的拉力大小 f；（ 2）物块和小球的质量之比 m:m；（3）小球向下运动到最低点时，物块m

2、所受的拉力大小t【答案】 （1） f5 mgmg （ 2） m6（ 3） t8mmg（ t5 m m3m5t8 mg ）11【解析】【分析】【详解】（1）设小球受ac、 bc 的拉力分别为f1、f2f1sin53 =f2 cos53 f+mg =f1cos53 +f2sin53 且 f1=mg解得 f5 mg mg3（ 2）小球运动到与 a、b 相同高度过程中小球上升高度 h1=3lsin53 ，物块下降高度 h2=2l机械能守恒定律mgh 1=mgh 2解得 m6m5（3）根据机械能守恒定律，小球回到起始点设此时ac方向的加速度大小为到的拉力为 t牛顿运动定律mg t=ma小球受 ac的拉力

3、 t=t牛顿运动定律 tmgcos53=ma解得 t8mmg488（5m（ tmg或 tmg ）m）551148 mg 或55a，重物受【点睛】本题考查力的平衡、机械能守恒定律和牛顿第二定律解答第（1）时，要先受力分析，建立竖直方向和水平方向的直角坐标系，再根据力的平衡条件列式求解；解答第（2）时，根据初、末状态的特点和运动过程，应用机械能守恒定律求解，要注意利用几何关系求出小球上升的高度与物块下降的高度；解答第（3）时，要注意运动过程分析，弄清小球加速度和物块加速度之间的关系，因小球下落过程做的是圆周运动，当小球运动到最低点时速度刚好为零，所以小球沿 ac 方向的加速度（切向加速度）与物块竖

4、直向下加速度大小相等2 如图所示，长木板质量 m=3 kg，放置于光滑的水平面上，其左端有一大小可忽略，质量为 m=1 kg 的物块 a，右端放着一个质量也为 m=1 kg 的物块 b，两物块与木板间的动摩擦因数均为=0.4， ab 之间的距离l=6 m，开始时物块与木板都处于静止状态，现对物块a施加方向水平向右的恒定推力f 作用，取g=10 m/s 2（ 1） .为使物块 a 与木板发生相对滑动， f 至少为多少？（ 2） .若 f=8 n，求物块 a 经过多长时间与 b 相撞，假如碰撞过程时间极短且没有机械能损失，则碰后瞬间 a、 b 的速度分别是多少？【答案】（ 1） 5 n（ 2） v

5、a=2m/s v b=8m/s【解析】【分析】【详解】（1）据分析物块 a 与木板恰好发生相对滑动时物块 b 和木板之间的摩擦力没有达到最大静摩擦力设物块 a 与木板恰好发生相对滑动时，拉力为f0，整体的加速度大小为a，则：对整体： f0=（2m+m） a对木板和 b： mg=（ m+m） a解之得： f0=5n即为使物块与木板发生相对滑动，恒定拉力至少为5 n；（2）物块的加速度大小为：aafmg4m s2m木板和 b 的加速度大小为：abmg2m=1m/sm设物块滑到木板右端所需时间为t，则： xa-xb=l即 1212l2 aat2 abt解之得： t=2 sva=aat=8m/svb=

6、abt=2m/sab 发生弹性碰撞则动量守恒：mva+mvb=mva +mvb1212121mvb2机械能守恒：mv a+mvb=mva+2222解得： va =2m/s vb =8m/s3 如图所示，质量 m1 0.3 kg 的小车静止在光滑的水平面上，车长l1.5 m，现有质量m2 0.2 kg 可视为质点的物块，以水平向右的速度v0 2 m/s 从左端滑上小车，最后在车面上某处与小车保持相对静止物块与车面间的动摩擦因数 0.5，取 g 10 m/s 2，求：(1)物块与小车共同速度；(2)物块在车面上滑行的时间t ；(3)小车运动的位移x；(4)要使物块不从小车右端滑出，物块滑上小车左端

7、的速度【答案】 (1)0.8 m/s (2)0.24 s (3)0.096 m (4)5 m/s 【解析】【详解】（1、 2）根据牛顿第二定律得，物块的加速度大小为：v0不超过多少？a2 g 0.52 5m/s2， 10m/s小车的加速度大小为：a1m2 g 0.52 m/s2 10 m/s2m10.33根据 v=v0-a2t =a 1t得则速度相等需经历的时间为：tv00.24s ； v=0.8m/sa1a2（ 3）小车运动的位移 x1t 2 1 10 0.242 m 0.096m22 3（ 4）物块不从小车右端滑出的临界条件为物块滑到小车右端时恰好两者达到共同速度，设1a此速度为v，由水平

8、方向动量守恒得：m2 v0=（m1+m2）v根据能量守恒得：mgl212212m2v0-(m1+m2)v2代入数据，联立解得v0 =5m/s。4 如图所示，一质量m=4.0kg 、长度 l=2.0m 的长方形木板b 静止在光滑的水平地面上，在其右端放一质量m=1.0kg 的小滑块a（可视为质点）。现对a、 b 同时施以适当的瞬时冲量，使 a 向左运动， b 向右运动，二者的初速度大小均为2.0m/s ，最后 a 并没有滑离b板。已知a、b 之间的动摩擦因数=0.50，取重力加速度g=10m/s 2。求：（1）经历多长时间a 相对地面速度减为零；v，x=v0t- at2（2）站在地面上观察， b

9、 板从开始运动，到a 相对地面速度减为零的过程中，b 板向右运动的距离；（3） a 和 b 相对运动过程中，小滑块a 与板 b 左端的最小距离。【答案】（ 1）（2）（3）【解析】【详解】（1） a 在摩擦力 f= mg作用下，经过时间t 速度减为零，根据动量定理有： mgt=mv0解得 t=0.40s（2）设 b 减速运动的加速度为a， a 速度减为零的过程中，板b 向右运动的位移为 x根据牛顿第二定律有mg=ma，解得 a=1.25m/s 2根据匀变速直线运动位移公式有解得 x=0.70m（3）设 a 和 b 二者的共同速度为根据动量守恒定律有（ m-m ） v0=（m+m ） v解得 v

10、=1.2m/s设 a 和 b 二者达到共同速度时，小滑块 a 与板 b 右端的距离为 l，根据做功与能量变化的关系有 mgl=（ m+m ） v02- （ m+m） v2解得l=1.28m，所以 a、 b 相对运动过程中，小滑块 a 与板 b 左端的最小距离为 ： x=l-l=0.72m 【点睛】本题可以通过分别对两个木块受力分析，求加速度，判断运动规律；也可以直接用动量守恒定律和能量守恒列式求解，动量守恒定律不涉及中间过程，解题较为方便.5 如图所示 ，质量为 m =2kg、长度 l5，在长木板右端m 的长木板静置于光滑水平面上6b 处放置一质量为m=1kg 的小物块 (可视为质点 )，小物

11、块与木板间动摩擦因数=0.1现对木板施水平向右的推力f=5n，经过时间 t 撤去 f，最后小物块恰好能运动到木板左端a处，重力加速度取g=10m/s 2求：（ 1）小物块与木板系统生热 q ；（ 2）力 f 作用时间 t ；（ 3）力 f 做功 w 【答案】 （1） q5 j ；（ 2） t 1s；（ 3） w 5j。6【解析】【分析】【详解】（1）小物块与木板系统生热q，则有：qmgl代入数据解得 ： q5j6（ 2）由题分析知，小物块与木板相对运动时 ，设小物块加速度为 a 1 ，根据牛顿第二定律有：mgma 1解得： a 11m/s2木板加速度为a 2 ，根据牛顿第二定律有：fmgma

12、2解得： a 2 2m/s2撤去 f 瞬时小物块速度为v1 ，则有：v1a 1 tt木板速度为 v 2 ，则有：v2a 2 t2t该过程木板相对小物块位移：x1121a1t2t2a 2 t222撤去 f 后历时 t 小物块恰好运动到达木板左端a 处，小物块与木板达到共同速度v，由动量守恒定律得：mv1mv 2(mm )v5t解得： v3对小物块：由动量定理得：mgtm(vv1 )2t解得： t3该过程木板相对小物块位移：x2( v v2 ) t(v v1 ) t(v2v1) tt22223木板长度：5t 2lx1x26解得： t1s（3）力 f 做功12wfa2t或w q 1 ( m m )v

13、2 2解得： w5 j【点睛】解决本题的关键是分析清楚物体的运动过程，掌握动量守恒条件：合外力为零；知道f 未撤去时系统的动量不守恒，撤去 f 时系统的动量才守恒，若动量不守恒时，采用动量定律可解答 6 研究物体的运动时，常常用到光电计时器.如图所示，当有不透光的物体通过光电门时，光电计时器就可以显示出物体的挡光时间.光滑水平导轨 mn 上放置两个物块 a 和 b，左端挡板处有一弹射装置p，右端 n 处与水平传送带平滑连接，将两个宽度为-3d=3.6 10m的遮光条分别安装在物块a 和 b 上，且高出物块，并使遮光条在通过光电门时挡光.传送带水平部分的长度l=9.0m ，沿逆时针方向以恒定速度

14、v=6.0m/s 匀速转动。物块b 与传送带的动摩擦因数=0.20，物块 a 的质量（包括遮光条）为ma =2.0kg。开始时在 a 和 b 之间压缩一轻弹簧，锁定其处于静止状态，现解除锁定，弹开物块a 和 b，迅速移去轻弹簧 .两物块第一次通过光电门，物块a 通过计时器显示的读数-4t 1=9.0 10s，物块 b 通过计时器显-32，试求：示的读数 t 2=1.8 10s，重力加速度 g 取 10m/s（ 1）弹簧储存的弹性势能 ep；（ 2）物块 b 在传送带上滑行的过程中产生的内能；（ 3）若物体 b 返回水平面 mn 后与被弹射装置 p 弹回的 a 在水平面上相碰，碰撞中没有机械能损

15、失，则弹射装置p 必须对 a 做多少功才能让b 碰后从 q 端滑出。【答案】（ 1） ep=24j；（ 2） q=96j；（ 3） w84j 。【解析】【分析】【详解】（1）解除锁定，弹开物块ab 后，两物体的速度大小ad3.610 3m / s4.0m/sv =t19.010 4bd3.610 3m / s2.0 m/sv =t21.8103由动量守恒有ma va=mbvb得mb=4.0kg弹簧储存的弹性势能ep1 mava21 mb vb224 j22（ 2） b 滑上传送带先向右做匀减速运动，当速度减为零时，向右滑动的距离最远由牛顿第二定律得mb gmb a所以 b 的加速度a=2.0m

16、/s 2b 向右运动的距离x1vb21.0m 84j7 质量为 m 的长木板静止在水平地面上，质量同样为m 的滑块（视为质点）以初速度v0从木板左端滑上木板，经过0.5s 滑块刚好滑到木板的中点，下右图为滑块滑上木板后的速度时间图像，若滑块与木板间动摩擦因数为1，木板与地面间的动摩擦因数为2，求：（ 1） 、 各是多少？1 2（ 2）滑块的总位移和木板的总长度各是多少？【答案】（ 1） 0.6； 0.2（2） 1.5m,2.0m【解析】【详解】（1）设 0.5s 滑块的速度为v1，由 v-t 图像可知 :v0=4m/s v 1=1m/s滑块的加速度a1v0v16m / s2t木板的加速度大小a

17、2v12m / s2t对滑块受力分析根据牛顿定律：1mg=ma 1所以 1=0.6对木板受力分析：1 mg-2?2mg= ma2解得 =0.22（2） 0.5s 滑块和木板达到共同速度 v12ma32，假设不再发生相对滑动则=?2mg解得 a2 因ma3=f 1mg3=2m/s假设成立，即0.5s 后滑块和木板相对静止，滑块的总位移为s1 则s1v0v1 tv1222a1解得 s1 =1.5m由 v-t 图像可知slv0 v1v1 t222所以木板的长度l=2.0m8 水平面上有一木板，质量为m=2kg ，板左端放有质量为m=1kg 的物块（视为质点），已知物块与木板间动摩擦因数为1=0.2，

18、木板与水平面间的动摩擦因数为2=0.4设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取g 10m / s2 （1）现用水平力f 拉动木板，为使物块与木板一起运动而不相对滑动，求拉力f 的大小范围？（2）若拉动木板的水平力f=15n，由静止经时间t1 =4s 立即撤去拉力f，再经t 2=1s 物块恰好到达板右端，求板长l=？【答案】（ 1） 12n f18n（ 2） 1.4m【解析】【分析】（1）物块与木块一起运动，拉力f 必须大于木板与地面之间的最大静摩擦力，当m与间的摩擦力达到最大静摩擦力时，拉力f 达到最大值；（2）拉动木板的水平力f=15n，在第（ 1）问拉力的范围内，整体先做匀加速运动，撤去后， m向

19、右匀减速， m向右匀减速，当m静止后， m继续向右匀减速到木板右端，求出木板静止前的相对位移和木板静止后物块的位移，即可求出木板的长度；【详解】（1） m 与地面之间的最大静摩擦力f1=2(m +m)g 0.4 (2+1) 102n当 m 、m 整体一起向右匀加速运动时，当m 与 m 的静摩擦力达到最大静摩擦力时，拉力最大；m之ff对 m： 1mg ma 得 a= 1g 0.2 10m/s2 2m/s2对整体： f- 2 (m+m)g (m+m)a代入数据： f-12=（ 2+1） 2解得： f=18n所以拉力f 大小范围是12n f18n（2）拉动木板的水平力f=15n， m 、m 一起匀加

20、速运动f2 mm g151221m / s2根据牛顿第二定律：am / smm21t 1 4s 时速度 v1 at1 14m/ s4m/s撤去 f 后，物块加速度a1 1g 2m/s2对木板： 1mg- 2(m+m)gma 2，代入数据： 0.210-12 2 a2解得： a2 -5 m/s2木板向右速度减为0的时间；根据题意t2=1s 物块恰好到达板右端t1 0 v1 04 s0.8sa251212在t 1时间内物块的位移： x1 v1t12 a1t14 0.822 08 2.56m木板的位移：x2 v1t1 40.81.6m22物块相对木板的位移x x1-x2 2.56-1.6 0.96m

21、根据题意撤去力f后，再经 t 2=1s物块恰好到达板右端所以木板静止后，木块继续运动0.2st 1 0.8s时物块的速度v2=v1-a1t1 4-2 0.8 2.4m/s1212vx v2t 22a1t 22.4 0.222 02 m0.44m木板长： l= x+x =0.96+0.44=1.4m9 中华人民共和国道路交通安全法规定：汽车在高速公路上行驶的最高速度不能超过120km/h 有一卡车甲在高速公路上发生了故障，警察在距离故障车150m 处放置了警告标示牌，以提醒后方的车辆另有一小轿车乙正以120km/h的速度向故障车驶来，司机突然发现了警告标示牌，此时车辆距标示牌距离d=20m ，司机立即紧急刹车已知司机的反应时间 t=0.3s，路面与轮胎之间的动摩擦因数为0.5，重力加速度g 取 10m/s 2 求：(1)在反应时间内轿车的位移