高考物理牛顿运动定律真题汇编(含答案)含解析

高考物理牛顿运动定律真题汇编(含答案)含解析

一、高中物理精讲专题测试牛顿运动定律

1．如图所示，质量2kg M =的木板静止在光滑水平地面上，一质量1kg m =的滑块（可

视为质点）以03m/s v =的初速度从左侧滑上木板水平地面右侧距离足够远处有一小型固定挡板，木板与挡板碰后速度立即减为零并与挡板粘连，最终滑块恰好未从木板表面滑落．已知滑块与木板之间动摩擦因数为0.2μ=，重力加速度210m/s g =，求：

（1）木板与挡板碰撞前瞬间的速度v ？ （2）木板与挡板碰撞后滑块的位移s ？ （3）木板的长度L ？

【答案】（1）1m/s （2）0.25m （3）1.75m 【解析】 【详解】

（1）滑块与小车动量守恒0()mv m M v =+可得1m/s v =

（2）木板静止后，滑块匀减速运动，根据动能定理有：2102

mgs mv μ-=- 解得0.25m s =

（3）从滑块滑上木板到共速时，由能量守恒得：220111

()22

mv m M v mgs μ=++ 故木板的长度1 1.75m L s s =+=

2．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

3．我国的动车技术已达世界先进水平，“高铁出海”将在我国“一带一路”战略构想中占据重要一席．所谓的动车组，就是把带动力的动力车与非动力车按照预定的参数组合在一起．某中学兴趣小组在模拟实验中用4节小动车和4节小拖车组成动车组，总质量为m=2kg ，每节动车可以提供P 0=3W 的额定功率，开始时动车组先以恒定加速度21/a m s =启动做匀加速直线运动，达到额定功率后保持功率不变再做变加速直线运动，直至动车组达到最大速度v m =6m/s 并开始匀速行驶，行驶过程中所受阻力恒定，求： （1）动车组所受阻力大小和匀加速运动的时间；

（2）动车组变加速运动过程中的时间为10s ，求变加速运动的位移． 【答案】（1）2N 3s （2）46.5m 【解析】

（1）动车组先匀加速、再变加速、最后匀速；动车组匀速运动时，根据P=Fv 和平衡条件求解摩擦力，再利用P=Fv 求出动车组恰好达到额定功率的速度，即匀加速的末速度，再利用匀变速直线运动的规律即可求出求匀加速运动的时间；（2）对变加速过程运用动能定理，即可求出求变加速运动的位移．

（1）设动车组在运动中所受阻力为f ，动车组的牵引力为F ，动车组以最大速度匀速运动时：F=

动车组总功率：m P Fv =，因为有4节小动车，故04P P = 联立解得：f=2N

设动车组在匀加速阶段所提供的牵引力为F?，匀加速运动的末速度为v ' 由牛顿第二定律有：F f ma '-=

动车组总功率：P F v =''，运动学公式：1v at '= 解得匀加速运动的时间：13t s =

（2）设动车组变加速运动的位移为x ，根据动能定理：

2211

22

m Pt fx mv mv =

-'- 解得：x=46.5m

4．近年来，随着AI 的迅猛发展，自动分拣装置在快递业也得到广泛的普及.如图为某自动分拣传送装置的简化示意图，水平传送带右端与水平面相切，以v 0=2m/s 的恒定速率顺时针运行，传送带的长度为L =7.6m.机械手将质量为1kg 的包裹A 轻放在传送带的左端，经过4s 包裹A 离开传送带，与意外落在传送带右端质量为3kg 的包裹B 发生正碰，碰后包裹B 在水平面上滑行0.32m 后静止在分拣通道口，随即被机械手分拣.已知包裹A 、B 与水平面间的动摩擦因数均为0.1，取g =10m/s 2.求：

(1)包裹A 与传送带间的动摩擦因数; (2)两包裹碰撞过程中损失的机械能; (3)包裹A 是否会到达分拣通道口.

【答案】(1)μ1=0.5(2)△E =0.96J (3)包裹A 不会到达分拣通道口 【解析】 【详解】

(1)假设包裹A 经过t 1时间速度达到v 0，由运动学知识有0

1012

v t v t t L +-=（） 包裹A 在传送带上加速度的大小为a 1,v 0=a 1t 1

包裹A 的质量为m A ，与传输带间的动摩檫因数为μ1，由牛顿运动定律有:μ1m A g =m A a 1 解得：μ1=0.5

(2)包裹A 离开传送带时速度为v 0，设第一次碰后包裹A 与包裹B 速度分别为v A 和v B ， 由动量守恒定律有:m A v 0=m A v A +m B v B

包裹B 在水平面上滑行过程，由动能定理有:-μ2m B gx =0-1

2

m B v B 2 解得v A =-0.4m/s ，负号表示方向向左，大小为0.4m/s 两包裹碰撞时损失的机械能:△E =12m A v 02 -12m A v A 2-1

2

m B v B 2 解得：△E =0.96J

(3)第一次碰后包裹A 返回传送带，在传送带作用下向左运动x A 后速度减为零， 由动能定理可知-μ1m A gx A =0-

1

2

m A v A 2 解得x A =0.016m

μ1m A gx A =

1

2

m A v A ?2 解得:v A ? =0.4m/s

设包裹A 再次离开传送带后在水平面上滑行的距离为x A

-μ2m A gx A ?=0-1

2

m A v A 2 解得 x A ?=0.08m x A ?=<0.32m

包裹A 静止时与分拣通道口的距离为0.24m ，不会到达分拣通道口.

5．如图所示，在风洞实验室里，粗糙细杆与竖直光滑圆轨AB 相切于A 点，B 为圆弧轨道的最高点，圆弧轨道半径R =1m ，细杆与水平面之间的夹角θ=37°．一个m =2kg 的小球穿在细杆上，小球与细杆间动摩擦因数μ=0.3．小球从静止开始沿杆向上运动，2s 后小球刚好到达A 点，此后沿圆弧轨道运动，全过程风对小球的作用力方向水平向右，大小恒定为40N ．已知g =10m/s 2，sin37°=0.6，cos37°=0.8．求：

(1)小球在A 点时的速度大小；

(2)小球运动到B 点时对轨道作用力的大小及方向． 【答案】(1)8m/s (2)12N 【解析】 【详解】

(1)对细杆上运动时的小球受力分析，据牛顿第二定律可得：

cos sin (sin cos )F mg F mg ma θθμθθ--+=

代入数据得：24m/s a =

小球在A 点时的速度8m/s A v at ==

(2)小球沿竖直圆轨道从A 到B 的过程，应用动能定理得：

2211sin37(1cos37)22

B A FR mgR mv mv -?-+?=

- 解得：2m/s B v =

小球在B 点时，对小球受力分析，设轨道对球的力竖直向上，由牛顿第二定律知：

2

N

B v

mg F m

R

-=

解得：F N=12N，轨道对球的力竖直向上

由牛顿第三定律得：小球在最高点B对轨道的作用力大小为12N，方向竖直向下．

6．水平面上固定着倾角θ=37°的斜面，将质量m=lkg的物块A从斜面上无初速度释放，其加速度a=3m/s2。经过一段时间，物块A与静止在斜面上的质量M=2kg的物块B发生完全非弹性碰撞，之后一起沿斜面匀速下滑。已知重力加速度大小g=10m/s2，sin37°=0.6，

co37°=0.8，求

(1)A与斜面之间的动摩擦因数μ1；

(2)B与斜面之间的动摩擦因数μ2。

【答案】(1)() (2) ()

【解析】

【分析】

物块A沿斜面加速下滑，由滑动摩擦力公式和力的平衡条件求解A与斜面之间的动摩擦因数；

A、B一起沿斜面下匀速下滑，以整体为研究对象，由滑动摩擦力公式和力的平衡条件求解B与斜面之间的动摩擦因数。

【详解】

(1)物块A沿斜面加速下滑，

由滑动摩擦力公式和力的平衡条件得：

由牛顿第二定律得：

解得：；

(2)A、B一起沿斜面下匀速下滑，以整体为研究对象，由滑动摩擦力公式和力的平衡条件得：

解得：。

7．“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.

8．功能关系贯穿整个高中物理．

(1)如图所示，质量为m的物体，在恒定外力F作用下沿直线运动，速度由v0变化到v时，发生的位移为x．试从牛顿第二定律及运动学公式推导出动能定理．上述推导的结果对于物体受变力作用、或者做曲线运动时是否成立？说明理由．

(2)如图所示，固定的水平光滑金属导轨，间距为L，右端接有阻值为R的电阻，处在方向竖直向外、磁感应强度为B的匀强磁场中，质量为m的导体棒与固定弹簧相连，放在导轨上，导轨与导体棒的电阻均可忽略．初始时刻，弹簧恰处于自然长度．现给导体棒一个水平向右的初速度v0，在沿导轨运动的过程中，导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触．导体棒速度第一次为零时，弹簧的弹性势能为E p，则在这一过程中：

①直接写出弹簧弹力做功W弹与弹性势能变化 E p的关系，进而求W弹；

②用动能定理求安培力所做的功W安．

【答案】(1)动能定理无论物体所受力是否为恒力、运动轨迹是否为直线均适用．简言之，动能定理是经典力学范围内的普适规律． (2) (0)p p p W E E E =-?=--=-弹 (3)

2

012

p W E mv =-安

【解析】 【详解】

(1)由牛顿第二定律F=ma

及运动学公式22

02v v ax -=

可得2201122

Fx mv mv =

- 当物体受变力作用、或者做曲线运动时，可以把过程分解成许多小段，认为物体在每小段运动中受到的是恒力、运动轨迹是直线，这样对每一段用动能定理，累加后也能得到同样的结果，所以动能定理无论物体所受力是否为恒力、运动轨迹是否为直线均适用．简言之，动能定理是经典力学范围内的普适规律． (2)p W E =-?弹

进而(0)p p p W E E E =-?=--=-弹. (3)由动能定理：2

0102

W W mv +=-弹安 解得：2012

p W E mv =-

安

9．质量为5.0kg 的物体，从离地面36m 高处，由静止开始匀加速下落，经3s 落地，g 取10m/s 2，求：

（1）物体下落的加速度的大小； （2）下落过程中物体所受阻力的大小。 【答案】(1)8m/s 2 (2)10N 【解析】

试题分析：根据匀变速直线运动的公式求出物体下落的加速度，根据牛顿第二定律求出阻力的大小． 解：（1）由得， a=

．

故物体下落的加速度大小为8m/s 2． （2）根据牛顿第二定律得，mg ﹣f=ma 则f=mg ﹣ma=50﹣5×8N=10N

故下落过程中物体所受阻力的大小为10N ．

答：（1）物体下落的加速度的大小8m/s 2；（2）下落过程中物体所受阻力的大小10N

【点评】解决本题的关键知道加速度是联系力学和运动学的桥梁，通过加速度，可以根据力求运动，也可以根据运动求力．

10．质量为0.1kg 的弹性球从空中某高度由静止开始下落，该下落过程对应的v -t 图线如图所示；球与水平地面相碰后反弹，离开地面时的速度大小为碰撞前的2

3

．该球受到的空气阻力大小恒为f ，取g =10m /s 2，求：

（1）弹性球受到的空气阻力f 的大小； （2）弹性球第一次碰撞后反弹的最大高度h ． 【答案】（1）0.4N （2）17

m 【解析】

试题分析：（1）根据图象得240

8/0.5

a m s -==， 由牛顿第二定律：mg-f=ma ， 得f=m （g-a ）=0．2×（10-8）=0．4N ．

（2）由题意反弹速度v?＝

3

4

v ＝3m/s ． 又由牛顿第二定律：mg+f=ma?，得20.2100.4

12/0.2

a m s ?+'=

=． 故反弹高度为：2233

22128

v h m a ''?＝＝＝

考点：v-t 图像；牛顿第二定律的应用

【名师点睛】本题关键是对图象的应用，由图象的斜率等于物体的加速度得到加速度，然后根据牛顿第二定律列得方程才能得到阻力，进而解答全题．