高中物理牛顿运动定律技巧(很有用)及练习题

高中物理牛顿运动定律技巧(很有用)及练习题

一、高中物理精讲专题测试牛顿运动定律

1．如图所示，质量M=0．4kg的长木板静止在光滑水平面上，其右侧与固定竖直挡板问的距离L=0．5m，某时刻另一质量m=0．1kg的小滑块(可视为质点)以v0=2m／s的速度向右滑上长木板，一段时间后长木板与竖直挡板发生碰撞，碰撞过程无机械能损失。已知小滑块与长木板间的动摩擦因数μ=0．2，重力加速度g=10m／s2，小滑块始终未脱离长木板。求：

(1)自小滑块刚滑上长木板开始，经多长时间长木板与竖直挡板相碰；

(2)长木板碰撞竖直挡板后，小滑块和长木板相对静止时，小滑块距长木板左端的距离。【答案】（1）1.65m （2）0.928m

【解析】

【详解】

解：(1)小滑块刚滑上长木板后，小滑块和长木板水平方向动量守恒：

解得：

对长木板：

得长木板的加速度：

自小滑块刚滑上长木板至两者达相同速度：

解得：

长木板位移：

解得：

两者达相同速度时长木板还没有碰竖直挡板

解得：

(2)长木板碰竖直挡板后,小滑块和长木板水平方向动量守恒：

最终两者的共同速度：

小滑块和长木板相对静止时，小滑块距长木板左端的距离：

2．如图甲所示，一倾角为37°，长L=3.75 m的斜面AB上端和一个竖直圆弧形光滑轨道BC 相连，斜面与圆轨道相切于B处，C为圆弧轨道的最高点。t=0时刻有一质量m=1 kg的物块沿斜面上滑，其在斜面上运动的v–t图象如图乙所示。已知圆轨道的半径R=0.5 m。（取g=10 m/s2，sin 37°=0.6，cos 37°=0.8）求：

(1)物块与斜面间的动摩擦因数μ；

(2)物块到达C点时对轨道的压力F N的大小；

(3)试通过计算分析是否可能存在物块以一定的初速度从A点滑上轨道，通过C点后恰好能落在A点。如果能，请计算出物块从A点滑出的初速度；如不能请说明理由。

【答案】(1)μ=0.5 (2)F'N=4 N (3)

【解析】

【分析】

由图乙的斜率求出物块在斜面上滑时的加速度，由牛顿第二定律求动摩擦因数；由动能定理得物块到达C点时的速度，根据牛顿第二定律和牛顿第三定律求出)物块到达C点时对轨道的压力F N的大小；物块从C到A，做平抛运动，根据平抛运动求出物块到达C点时的速度，物块从A到C，由动能定律可求物块从A点滑出的初速度；

【详解】

解：(1)由图乙可知物块上滑时的加速度大小为

根据牛顿第二定律有：

解得

(2)设物块到达C点时的速度大小为v C，由动能定理得：

在最高点，根据牛顿第二定律则有：

解得：

由根据牛顿第三定律得：

物体在C点对轨道的压力大小为4 N

(3)设物块以初速度v1上滑，最后恰好落到A点

物块从C到A，做平抛运动，竖直方向：

水平方向：

解得，所以能通过C点落到A点

物块从A到C，由动能定律可得：

解得：

3．如图所示，足够长的木板与水平地面间的夹角θ可以调节，当木板与水平地面间的夹角为37°时，一小物块（可视为质点）恰好能沿着木板匀速下滑．若让该物块以大小v 0＝10m/s 的初速度从木板的底端沿木板上滑，随着θ的改变，物块沿木板滑行的距离x 将发生变化.取g ＝10m/s 2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.

(1)求物块与木板间的动摩擦因数μ；

(2)当θ满足什么条件时，物块沿木板向上滑行的距离最小，并求出该最小距离. 【答案】(1) 0.75(2) 4m 【解析】 【详解】

(1)当θ=37°时，设物块的质量为m ，物块所受木板的支持力大小为F N ，对物块受力分析，有：mg sin37°=μF N F N -mg cos37°=0 解得：μ=0.75

(2)设物块的加速度大小为a ，则有：mg sin θ+μmg cos θ=ma 设物块的位移为x ，则有：v 02=2ax

解得：()

2

02sin cos v x g θμθ=+

令tan α=μ，可知当α+θ=90°，即θ=53°时x 最小 最小距离为：x min =4m

4．如图所示.在距水平地面高h =0.80m 的水平桌面一端的边缘放置一个质量m =0.80kg 的木块B ，桌面的另一端有一块质量M =1.0kg 的木块A 以初速度v 0=4.0m/s 开始向着木块B 滑动，经过时间t =0.80s 与B 发生碰撞，碰后两木块都落到地面上，木块B 离开桌面后落到地面上的D 点．设两木块均可以看作质点，它们的碰撞时间极短，且已知D 点距桌面边缘的水平距离s =0.60m ，木块A 与桌面间的动摩擦因数μ=0.25，重力加速度取g =10m/s 2．求：

(1)木块B 离开桌面时的速度大小； (2)两木块碰撞前瞬间，木块A 的速度大小； (3)两木块碰撞后瞬间，木块A 的速度大小． 【答案】(1) 1.5m/s (2) 2.0m/s (3) 0.80m/s 【解析】 【详解】

(1)木块离开桌面后均做平抛运动，设木块B 离开桌面时的速度大小为2v ，在空中飞行的时间为t ′．根据平抛运动规律有：2

12

h gt =，2s v t '= 解得：2 1.5m/s 2g

v s

h

== (2)木块A 在桌面上受到滑动摩擦力作用做匀减速运动，根据牛顿第二定律，木块A 的加速度：

22.5m/s Mg

a M

μ=

=

设两木块碰撞前A 的速度大小为v ，根据运动学公式，得

0 2.0m/s v v at =-=

(3)设两木块碰撞后木块A 的速度大小为1v ，根据动量守恒定律有：

2Mv Mv mv =+1

解得：2

10.80m/s Mv mv v M

-=

=.

5．如图所示，质量M=0.5kg 的长木板A 静止在粗糙的水平地面上，质量m=0.3kg 物块B(可视为质点)以大小v 0=6m/s 的速度从木板A 的左端水平向右滑动，若木板A 与地面间的动摩擦因数μ2=0.3，物块B 恰好能滑到木板A 的右端．已知物块B 与木板A 上表面间的动摩擦因数μ1=0.6．认为各接触面间的最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，取g=10m/s 2．

求：(1)木板A 的长度L ；

(2)若把A 按放在光滑水平地面上，需要给B 一个多大的初速度，B 才能恰好滑到A 板的右端；

(3)在(2)的过程中系统损失的总能量． 【答案】(1) 3m (2) 2.410/m s (3) 5.4J 【解析】 【详解】

(1)A 、B 之间的滑动摩擦力大小为：11= 1.8f mg N μ= A 板与地面间的最大静摩擦力为：()22= 2.4f M m g N μ+= 由于12f f <，故A 静止不动

B 向右做匀减速直线运动.到达A 的右端时速度为零，有：

202v aL =

11mg ma μ=

解得木板A 的长度 3L m =

（2）A 、B 系统水平方向动量守恒，取B v 为正方向，有 ()B mv m M v =+

物块B 向右做匀减速直线运动

22

112B v v a s -=

A 板匀加速直线运动 12mg Ma μ=

2222v a s =

位移关系12s s L -= 联立解得 2.410/B v m s = （3）系统损失的能量都转化为热能

1Q mgL μ=

解得 5.4Q J =

6．滑雪者为什么能在软绵绵的雪地中高速奔驰呢？其原因是白雪内有很多小孔，小孔内充满空气．当滑雪板压在雪地时会把雪内的空气逼出来，在滑雪板与雪地间形成一个暂时的“气垫”，从而大大减小雪地对滑雪板的摩擦．然而当滑雪板对雪地速度较小时，与雪地接触时间超过某一值就会陷下去，使得它们间的摩擦力增大．假设滑雪者的速度超过4 m/s 时，滑雪板与雪地间的动摩擦因数就会由μ1＝0.25变为μ2＝0.125．一滑雪者从倾角为θ＝37°的坡顶A 由静止开始自由下滑，滑至坡底B (B 处为一光滑小圆弧)后又滑上一段水平雪地，最后停在C 处，如图所示．不计空气阻力，坡长为l ＝26 m ，g 取10 m/s 2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8．求：

(1)滑雪者从静止开始到动摩擦因数发生变化经历的时间；

(2)滑雪者到达B 处的速度；

(3)滑雪者在水平雪地上运动的最大距离． 【答案】1s 99.2m

【解析】 【分析】

由牛顿第二定律分别求出动摩擦因数恒变化前后的加速度，再由运动学知识可求解速度、位移和时间． 【详解】

(1)由牛顿第二定律得滑雪者在斜坡的加速度：a 1=

=4m/s 2

解得滑雪者从静止开始到动摩擦因数发生变化所经历的时间：t==1s (2)由静止到动摩擦因素发生变化的位移：x 1=a 1t 2=2m 动摩擦因数变化后，由牛顿第二定律得加速度：a 2==5m/s 2 由v B 2-v 2=2a 2(L-x 1)

解得滑雪者到达B 处时的速度：v B =16m/s

(3)设滑雪者速度由v B =16m/s 减速到v 1=4m/s 期间运动的位移为x 3，则由动能定理有：

；解得x 3=96m

速度由v 1=4m/s 减速到零期间运动的位移为x 4，则由动能定理有：

；解得 x 4=3.2m

所以滑雪者在水平雪地上运动的最大距离为x=x 3+x 4=96+ 3.2=99.2m

7．如图所示，一个质量为3kg 的物体静止在光滑水平面上．现沿水平方向对物体施加30N 的拉力，（g 取10m/s 2）．求：

（1）物体运动时加速度的大小； （2）物体运动3s 时速度的大小；

（3）物体从开始运动到位移为20m 时经历的时间． 【答案】（1）10m/s 2（2）30m/s （3）2s 【解析】 【详解】

（1）根据牛顿第二定律得：

2230

m/s 10m/s 3

F a m =

==； （2）物体运动3s 时速度的大小为 ：

103m/s 30m/s v at ==?=；

（3）由位移与时间关系：

212

x at =

则：

21

20m 102

t =??，

则：2s t =． 【点睛】

本题是属性动力学中第一类问题，知道受力情况来确定运动情况，关键求解加速度，它是联系力与运动的纽带．

8．一物块以一定的初速度沿斜面向上滑动，利用速度传感器可以在计算机屏幕上得到其速度大小随时间的变化的关系如图所示.求: (1)斜面的倾角θ

(2)物块与斜面间的动摩擦因μ.

【答案】（1）030θ=；（2）3μ 【解析】 【分析】

对上滑过程和下滑过程分别运用牛顿第二定律求出斜面的倾角和动摩擦因数。 【详解】

物块上滑时做匀减速直线运动，对应于速度图象中0-0.5s 时间段，该段图象的斜率的绝对值就是加速度的大小，即：221480.5m m a s

s =

= 物块下滑时做匀加速直线运动，对应于速度图象中0.5-1.5s 时间段，同理可得：

222221m m a s

s =

= 上滑时，根据牛顿第二定律得：mgsinθ+μmgcosθ=ma 1， 下滑时，根据牛顿第二定律得：mgsinθ-μmgcosθ=ma 2， 联立解得：3

μ=θ=30°。 【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，知道图线的斜率表示加速度是解题的关键。

9．如图所示，水平面D 处有一固定障碍物，一个直角三角形滑块P 斜面光滑，倾角为θ，水平底面粗糙。顶点A 到底面的高度h =0.45m 。在其顶点A 处放一个小物块Q ，与斜面不粘连，且最初系统静止不动，滑块的C 端到D 的距离L =0.4m 。现在滑块左端施加水平向右的推力F =36N ，使二者相对静止一起向右运动。当C 端撞到障碍物时立即撤去推力F ，滑块P 立即以原速率反弹。已知滑块P 的质量M =3.5kg ，小物块Q 的质量m =0.5kg ，P 与地面间的动摩擦因数μ=0.4（取g =10m/s 2）求：

(1)斜面倾角θ的正切值tan θ；

(2)Q 与斜面分离后，是先与斜面相碰还是直接落到水平面上？若先与斜面相碰，则碰撞前一瞬间的速度v 是多大？若直接落到水平面上，则第一次落到水平面时的位置到该时刻滑块P 上B 端的距离x 是多少？ 【答案】（1）1

2

（2）直接落到水平面上；1.02m 。 【解析】 【详解】

(1)P 、Q 整体向右运动时，摩擦力1()16f M m g N μ=+= 由牛顿第二定律得：11()F f M m a -=+ 解得：2

15m

a s =

对Q 由牛顿第二定律得：1tan mg ma θ= 解得：1tan 2

θ=

； (2)P 、Q 与障碍物碰撞前由速度位移关系得：

2012v a L =

解得：02m v s

=

撤去外力之后，P 反向减速运动，则：

22f Mg Ma μ==

解得：224m

a s =

减速运动时间：0

12

0.5v t s a =

= Q 做平抛运动，如果Q 直接落到水平面上

则运动时间：2212

h gt = 解得：20.3t s =

在0.3s 内，P 向左运动的位移：2

1022210.422

x v t a t m =-= Q 的水平射程为：2020.6x v t m ==

由于12 1.02cot 0.9x x m h m θ+=>= ，所以Q 与斜面分离后，会直热门落到水平面上， 则第一次落到水平面时的位置到该时刻滑块P 上B 端的距离12 1.02x x x m =+=。

10．车站、码头、机场等使用的货物安检装置的示意图如图所示，绷紧的传送带始终保持v=1m/s 的恒定速率运行，AB 为水平传送带部分且足够长，现有一质量为m=5kg 的行李包（可视为质点）无初速度的放在水平传送带的A 端，传送到B 端时没有被及时取下，行李包从B 端沿倾角为37°的斜面滑入储物槽，已知行李包与传送带的动摩擦因数为0.5，行李包与斜面间的动摩擦因数为0.8，g=10m/s 2，不计空气阻力（sin37°=0.6，cos37°=0.8）． （1）行李包相对于传送带滑动的距离．

（2）若行李包滑到储物槽时的速度刚好为零，求斜面的长度．

【答案】（1）0.1m （2）1.25m

【解析】（1）行李包在传送带上运动过程，由牛顿第二定律得： μ1mg=ma 1， 解得：a 1=5m/s 2， 行李包加速运动时间：t 1=

11

5

v a ==0.2s ， 行李包前进的距离：x 1=22

11225

v a =

? =0.1m ， 传送带前进的距离：x 2=vt 1=1×0.2=0.2m ，

行李包相对于传送带的距离：△x=x 2-x 1=0.2-0.1=0.1 m ；

（2）行李包沿斜面下滑过程，由牛顿第二定律得：μ2mgcos37°-mgsin37°=ma 2 由匀变速直线运动的速度位移公式得：0-v 2=-2a 2x ， 代入数据解得：x=1.25m

点睛：该题考查牛顿运动定律的综合应用，属于单物体多过程的情况，这一类的问题要理清运动的过程以及各过程中的受力，然后再应用牛顿运动定律解答。