高中物理牛顿运动定律常见题型及答题技巧及练习题(含答案)

高中物理牛顿运动定律常见题型及答题技巧及练习题(含答案)一、高中物理精讲专题测试牛顿运动定律1．如图所示，在光滑水平面上有一段质量不计，长为6m的绸带，在绸带的中点放有两个紧靠着可视为质点的小滑块A、B，现同时对A、B两滑块施加方向相反，大小均为F=12N的水平拉力，并开始计时．已知A滑块的质量mA=2kg，B滑块的质量mB=4kg，A、B滑块与绸带之间的动摩擦因素均为μ=0.5，A、B两滑块与绸带之间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，不计绸带的伸长，求：（1）t=0时刻，A、B两滑块加速度的大小；（2）0到3s时间内，滑块与绸带摩擦产生的热量．【答案】(1)；(2)30J【解析】【详解】(1)A滑块在绸带上水平向右滑动，受到的滑动摩擦力为，水平运动，则竖直方向平衡：，；解得：——①A滑块在绸带上水平向右滑动，0时刻的加速度为，由牛顿第二定律得：——②B滑块和绸带一起向左滑动，0时刻的加速度为由牛顿第二定律得：——③；联立①②③解得：，；(2)A滑块经滑离绸带，此时滑块发生的位移分别为和代入数据解得：，，2秒时A滑块离开绸带，离开绸带后A在光滑水平面上运动，B和绸带也在光滑水平面上运动，不产生热量，3秒时间内因摩擦产生的热量为：代入数据解得：．2．如图甲所示，光滑水平面上有一质量为M=1kg的足够长木板。板左端有一质量为m=0.5kg的物块（视为质点），物块与木板间的动摩擦因数为=0.2。初始时物块与木板均处于静止状态，已知g=10m/s2,物块与木板间的最大静摩擦力与滑动摩擦力相等。(1)若仅给木板一水平向左的初速度,求物块相对木板滑动的距离；(2)若仅给物块施加一水平向右的力F，F随时间t变化的图像如图乙所示，求物块与木板最终的速度；(3)若按（1)问中给板初速度的同时，给木板施加一水平向右的恒力F=6N，求经多长时间物块会从木板上滑落。【答案】（1）1.5m；（2）物块和木板最终以0.6m/s的速度匀速运动.（3）0.91s【解析】【详解】（1）设物块与板最终达到相同的速度v，物块在板上滑行的位移为L，由动量守恒：由能量关系：解得L=1.5m（2）由题意可知，若物块和木板一起向右加速，则拉力F≤1.5N，故在如图所示的拉力F的作用下物块和板无法一起加速，经t1=0.5s时，物块的速度v1，板的速度v2对物块：对木板：解得v1=0.8m/s，v2=0.5m/s；3．在水平力F作用下，质量为0.4kg的小物块从静止开始沿水平地面做匀加速直线运动，经2s运动的距离为6m，随即撤掉F，小物块运动一段距离后停止．已知物块与地面之间的动摩擦因数μ=0.5，g=10m/s2．求：（1）物块运动的最大速度；（2）F的大小；（3）撤去F后，物块克服摩擦力做的功【答案】（1）6m/s（2）3.2N（3）7.2J【解析】【分析】（1）物块做匀加速直线运动，运动2s时速度最大．已知时间、位移和初速度，根据位移等于平均速度乘以时间，求物块的最大速度．（2）由公式v=at求出物块匀加速直线运动的加速度，由牛顿第二定律求F的大小．（3）撤去F后，根据动能定理求物块克服摩擦力做的功．【详解】（1）物块运动2s时速度最大．由运动学公式有：x=t可得物块运动的最大速度为：（2）物块匀加速直线运动的加速度为：a==3m/s2．设物块所受的支持力为N，摩擦力为f，根据牛顿第二定律得：F-f=maN-mg=0，又f=μN联立解得：F=3.2N（3）撤去F后，根据动能定理得：-Wf=0-mv2可得物块克服摩擦力做的功为：Wf=7.2J【点睛】本题考查了牛顿第二定律和运动学公式的综合运用，知道加速度是联系力学和运动学的桥梁，要注意撤去F前后摩擦力的大小是变化的，但动摩擦因数不变．4．“复兴号”动车组共有8节车厢，每节车厢质量m=18t，第2、4、5、7节车厢为动力车厢，第1、3、6、8节车厢没有动力。假设“复兴号”在水平轨道上从静止开始加速到速度v=360km/h，此过程视为匀加速直线运动，每节车厢受到f=1.25×103N的阻力，每节动力车厢的牵引电机提供F=4.75×104N的牵引力。求：(1)该过程“复兴号”运动的时间；(2)第4节车厢和第5节车厢之间的相互作用力的大小。【答案】（1）80s（2）0【解析】【分析】（1）以动车组为研究对象，根据牛顿第二定律结合运动公式求解该过程“复兴号”运动的时间；（2）以前4节车厢为研究对象，由牛顿第二定律列式求解第4节车厢和第5节车厢之间的相互作用力的大小.【详解】（1）以动车组为研究对象，由牛顿第二定律：4F-8f=8ma动车组做匀加速运动，则v=at解得t=80s（2）以前4节车厢为研究对象，假设第4、5节车厢间的作用力为N,则由牛顿第二定律：2F-4f+N=4ma解得N=0.5．高铁的开通给出行的人们带来了全新的旅行感受，大大方便了人们的工作与生活．高铁每列车组由七节车厢组成，除第四节车厢为无动力车厢外，其余六节车厢均具有动力系统，设每节车厢的质量均为m，各动力车厢产生的动力相同，经测试，该列车启动时能在时间t内将速度提高到v，已知运动阻力是车重的k倍．求：(1)列车在启动过程中，第五节车厢对第六节车厢的作用力；(2)列车在匀速行驶时，第六节车厢失去了动力，若仍要保持列车的匀速运动状态，则第五节车厢对第六节车厢的作用力变化多大？【答案】（1）m(+kg)（2）kmg【解析】【详解】(1)列车启动时做初速度为零的匀加速直线运动，启动加速度为a=①对整个列车，由牛顿第二定律得：F-k·7mg=7ma②设第五节对第六节车厢的作用力为T，对第六、七两节车厢进行受力分析，水平方向受力如图所示，由牛顿第二定律得+T-k·2mg=2ma，③联立①②③得T=-m(+kg)④其中“-”表示实际作用力与图示方向相反，即与列车运动相反．(2)列车匀速运动时，对整体由平衡条件得F′-k·7mg=0⑤设第六节车厢有动力时，第五、六节车厢间的作用力为T1，则有：+T1-k·2mg=0⑥第六节车厢失去动力时，仍保持列车匀速运动，则总牵引力不变，设此时第五、六节车厢间的作用力为T2，则有：+T2-k·2mg=0，⑦联立⑤⑥⑦得T1=-kmgT2=kmg因此作用力变化ΔT=T2-T1=kmg6．如图所示，某货场而将质量为m1="100"kg的货物（可视为质点）从高处运送至地面，为避免货物与地面发生撞击，现利用固定于地面的光滑四分之一圆轨道，使货物中轨道顶端无初速滑下，轨道半径R="1.8"m．地面上紧靠轨道次排放两声完全相同的木板A、B，长度均为l=2m，质量均为m2="100"kg，木板上表面与轨道末端相切．货物与木板间的动摩擦因数为1，木板与地面间的动摩擦因数=0.2．（最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，取g="10"m/s2）（1）求货物到达圆轨道末端时对轨道的压力．（2）若货物滑上木板4时，木板不动，而滑上木板B时，木板B开始滑动，求1应满足的条件．（3）若1=0.5，求货物滑到木板A末端时的速度和在木板A上运动的时间．【答案】（1）（2）0.4<μ1<0.6（3）t=0.4s【解析】【分析】【详解】(1)设货物滑到圆轨道末端是的速度为V0，对货物的下滑过程中根据机械能守恒定律得，①设货物在轨道末端所受支持力的大小为FN，根据牛顿第二定律得②联立以上两式代入数据得③根据牛顿第三定律，货物到达圆轨道末端时对轨道的压力大小为3000N，方向竖直向下．(2)若滑上木板A时,木板不动,由受力分析得μ1m1g⩽μ2(m1+2m2)g④若滑上木板B时,木板B开始滑动,由受力分析得μ1m1g>μ2(m1+m2)g⑤联立④⑤式代入数据得0.4<μ1⩽0.6⑥．(3)当μ1=0.5时，由⑥式可知，货物在木板A上滑动时，木板不动．设货物在木板A上做减速运动时的加速度大小为a1，由牛顿第二定律得μ1m1g⩽m1a1⑦设货物滑到木板A末端是的速度为V1,由运动学公式得V12−V02=−2a1L⑧联立①⑦⑧式代入数据得V1=4m/s⑨设在木板A上运动的时间为t,由运动学公式得V1=V0−a1t⑩联立①⑦⑨⑩式代入数据得t=0.4s7．如图所示，水平传送带长L=5m，以速度v=2m/s沿图示方向匀速运动现将一质量为1kg的小物块轻轻地放上传送带的左端，已知小物块与传送带间的动摩擦因数为μ=0.2，g=10m/s2。求：①物块从左端传送到右端需要的时间②物体在传送带上因摩擦而产生的热量【答案】①3s②2J【解析】【详解】①物体在传送带上开始做加速运动，共速后做匀速运动，开始的加速度为；加速的时间加速的位移：；匀速的时间：则物块从左端传送到右端需要的时间t=t1+t2=3s；②物体在传送带上因摩擦而产生的热量：8．如图甲，圆圈内放大的集成块可以同时自动测量沿手机短边（x轴）、长边（y轴）和垂直面板方向（z轴）的加速度，相当于在三个方向上各有一个如图乙所示的一维加速度计，图中固定在力传感器上的质量块的质量为m．下面仅研究x轴处于水平方向和y轴处于竖直方向的加速度情况．（1）沿x轴方向，若用F表示力传感器垂直接触面对质量块的作用力，取+x轴方向为加速度正方向，导出手机在水平方向的加速度的表达式；（2）沿y轴方向，若用F表示力传感器垂直接触面对质量块的作用力，取+y轴方向为加速度正方向，导出手机在竖直方向的加速度的表达式；（3）当手机由竖屏变横屏时，为让手机感知到这种变化，需要通过电信号分别将（1）和（2）中导出的加速度进行输出，但应统一输出项a出，请分别写出水平和竖直方向上输出项a出的表达式；（4）当手机由竖屏变横屏时，显示的视频画面会随之由窄变宽，请解释其中的原理．【答案】（1）（2）（3）（4）当手机竖屏播放视频时，、将手机转为横屏时，加速度计测得水平、竖直两个方向加速度的值发生交换；智能手机据此做出判断，将视频画面由窄变宽．【解析】【分析】【详解】（1）质量块在+x轴方向只受力传感器垂直接触面对它的作用力F，由牛顿第二定律得：（2）质量块在+y轴方向受重力（mg）、力传感器垂直接触面对它的作用力F两个力的作用，由牛顿第二定律得：（3）应统一设置水平和竖直方向上通过力传感器电信号输出的加速度的表达式为：在水平方向的加速度的输出表达式：在竖直方向的加速度的输出表达式：（4）当手机竖屏播放视频时，、将手机转为横屏时，加速度计测得水平、竖直两个方向加速度的值发生交换；智能手机据此做出判断，将视频画面由窄变宽．9．如图所示，在光滑的水平地面上，相距L＝10m的A、B两个小球均以v0＝10m/s向右运动，随后两球相继滑上倾角为30°的足够长的光滑斜坡，地面与斜坡平滑连接，取g＝10m/s2．求：A球滑上斜坡后经过多长时间两球相遇．【答案】2.5s【解析】试题分析：设A球滑上斜坡后经过t1时间B球再滑上斜坡，则有：1sA球滑上斜坡后加速度m/s2设此时A球向上运动的位移为，则m此时A球速度m/sB球滑上斜坡时，加速度与A相同，以A为参考系，B相对于A以m/s做匀速运动，设再经过时间它们相遇，有：s则相遇时间s考点：本题考查了运动学公式的应用10．如图所示，质量为M=8kg的小车停放在光滑水平面上，在小车右端施加一水平恒力F，当小车向右运动速度达到时，在小车的右端轻轻放置一质量m=2kg的小物块，经过t1=2s的时间，小物块与小车保持相对静止。已知小物块与小车间的动摩擦因数0.2，假设小车足够长，g取10m／s2，求：(1)水平恒力F的大小；(2)从小物块放到车上开始经过t=4s小物块相对地面的位移；