高中物理牛顿运动定律解题技巧讲解及练习题(含答案)

高中物理牛顿运动定律解题技巧讲解及练习题(含答案)一、高中物理精讲专题测试牛顿运动定律1．如图，有一水平传送带以8m/s的速度匀速运动，现将一小物块（可视为质点）轻轻放在传送带的左端上，若物体与传送带间的动摩擦因数为0.4，已知传送带左、右端间的距离为4m，g取10m/s2．求：（1）刚放上传送带时物块的加速度；（2）传送带将该物体传送到传送带的右端所需时间．【答案】（1）24/agms（2）1ts【解析】【分析】先分析物体的运动情况：物体水平方向先受到滑动摩擦力，做匀加速直线运动；若传送带足够长，当物体速度与传送带相同时，物体做匀速直线运动．根据牛顿第二定律求出匀加速运动的加速度，由运动学公式求出物体速度与传送带相同时所经历的时间和位移，判断以后物体做什么运动，若匀速直线运动，再由位移公式求出时间．【详解】（1）物块置于传动带左端时，先做加速直线运动，受力分析，由牛顿第二定律得：mgma代入数据得：24/agms（2）设物体加速到与传送带共速时运动的位移为0s根据运动学公式可得：202asv运动的位移：20842vsma则物块从传送带左端到右端全程做匀加速直线运动，设经历时间为t，则有212lat解得1ts【点睛】物体在传送带运动问题，关键是分析物体的受力情况，来确定物体的运动情况，有利于培养学生分析问题和解决问题的能力．2．如图甲所示，一长木板静止在水平地面上，在0t时刻，一小物块以一定速度从左端滑上长木板，以后长木板运动vt图象如图所示.已知小物块与长木板的质量均为1mkg，小物块与长木板间及长木板与地面间均有摩擦，经1s后小物块与长木板相对静止210/gms，求：1小物块与长木板间动摩擦因数的值；2在整个运动过程中，系统所产生的热量．【答案】（1）0.7（2）40.5J【解析】【分析】1小物块滑上长木板后，由乙图知，长木板先做匀加速直线运动，后做匀减速直线运动，根据牛顿第二定律求出长木板加速运动过程的加速度，木板与物块相对静止时后木板与物块一起匀减速运动，由牛顿第二定律和速度公式求物块与长木板间动摩擦因数的值．2对于小物块减速运动的过程，由牛顿第二定律和速度公式求得物块的初速度，再由能量守恒求热量．【详解】1长木板加速过程中，由牛顿第二定律，得1212mgmgma；11mvat；木板和物块相对静止，共同减速过程中，由牛顿第二定律得2222mgma；220mvat；由图象可知，2/mvms，11ts，20.8ts联立解得10.72小物块减速过程中，有：13mgma；031mvvat；在整个过程中，由系统的能量守恒得2012Qmv联立解得40.5QJ【点睛】本题考查了两体多过程问题，分析清楚物体的运动过程是正确解题的关键，也是本题的易错点，分析清楚运动过程后，应用加速度公式、牛顿第二定律、运动学公式即可正确解题．3．如图所示，传送带水平部分xab=0.2m，斜面部分xbc=5.5m，bc与水平方向夹角α=37°，一个小物体A与传送带间的动摩擦因数μ=0.25，传送带沿图示方向以速率v=3m/s运动，若把物体A轻放到a处，它将被传送带送到c点，且物体A不脱离传送带，经b点时速率不变．(取g=10m/s2，sin37°=0.6)求：（1）物块从a运动到b的时间；（2）物块从b运动到c的时间．【答案】（1）0.4s；（2）1.25s．【解析】【分析】根据牛顿第二定律求出在ab段做匀加速直线运动的加速度，结合运动学公式求出a到b的运动时间．到达b点的速度小于传送带的速度，根据牛顿第二定律求出在bc段匀加速运动的加速度，求出速度相等经历的时间，以及位移的大小，根据牛顿第二定律求出速度相等后的加速度，结合位移时间公式求出速度相等后匀加速运动的时间，从而得出b到c的时间．【详解】（1）物体A轻放在a处瞬间，受力分析由牛顿第二定律得：1mgma解得：212.5m/saA与皮带共速需要发生位移：2191.8m0.2m25vxma共故根据运动学公式，物体A从a运动到b：21112abxat代入数据解得：10.4st（2）到达b点的速度：111m/s3m/sbvat由牛顿第二定律得：22sin37mgfma2cos37Nmg且22fN代入数据解得：228m/sa物块在斜面上与传送带共速的位移是：2222bvvsa共代入数据解得：0.5m5.5ms共时间为：2231s0.25s8bvvta因为22sin376m/scos372m/sgg＞，物块继续加速下滑由牛顿第二定律得：23sin37mgfma2cos37Nmg，且22fN代入数据解得：234m/sa设从共速到下滑至c的时间为t3，由23331 2bcxsvtat共，得：31st综上，物块从b运动到c的时间为：231.25stt4．如图所示，斜面体ABC放在粗糙的水平地面上，滑块在斜面地端以初速度0，沿斜面上滑。斜面倾角037，滑块与斜面的动摩擦因数。整个过程斜面体保持静止不动，已知小滑块的质量m=1kg，sin37°=0.6，cos37°=0.8，g取10m／s2。试求：（1）若0.8，012.4/ms，求滑块从C点开始在2s内的位移。（2）若0.45，09.6/ms，求滑块回到出发点时的速度大小。【答案】（1）6.2xm（2）4.8/vms＝【解析】【详解】(1)若0.8，滑块上滑过程中，由牛顿第二定律有：0  mgsinmgcosma＋＝，解得滑块上滑过程的加速度大小2012.4/,ams＝上滑时间000 1vtsa＝，上滑位移为2002.162xmat(2)若0.45，滑块沿斜面上滑过程，由牛顿第二定律：1  mgsinmgcosma＋＝，解得219.6/ams＝设滑块上滑位移大小为L，则由2012vaL＝，解得4.8Lm＝滑块沿斜面下滑过程，由牛顿第二定律：2  mgsinmgcosma－＝，解得222.4/ams＝根据222vaL＝，解得滑块回到出发点处的速度大小为4.8/vms＝5．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= 2vt可得物块运动的最大速度为：2266/2xvmst（2）物块匀加速直线运动的加速度为：a=6 2vt=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=0-12mv2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．6．我国科技已经开启“人工智能”时代，“人工智能”己经走进千家万户．某天，小陈叫了外卖，外卖小哥把货物送到他家阳台正下方的平地上，小陈操控小型无人机带动货物，由静止开始竖直向上做匀加速直线运动，一段时间后，货物又匀速上升53s，最后再匀减速1s恰好到达他家阳台且速度为零．货物上升过程中，遥控器上显示无人机在上升过程的最大速度为1m/s，高度为56m．货物质量为2kg，受到的阻力恒为其重力的0.02倍，重力加速度大小g=10m/s2．求(1)无人机匀加速上升的高度；(2)上升过程中，无人机对货物的最大作用力．【答案】(1)2.5m；(2)20.8N【解析】【详解】（1）无人机匀速上升的高度：h2＝vt2无人机匀减速上升的高度：h3＝2vt3无人机匀加速上升的高度：h1＝h－h2－h3联立解得：h1＝2.5m（2）货物匀加速上升过程：v2＝2ah1货物匀加速上升的过程中，无人机对货物的作用力最大，由牛顿运动定律得：F－mg－0.02mg＝ma联立解得：F＝20.8N7．“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=0.8．一种巨型娱乐器械可以使人体验超重和失重.一个可乘十多个人的环形座舱套装在竖直柱子上,由升降机送上几十米的高处,然后让座舱自由落下.落到一定位置时,制动系统启动,到地面时刚好停下.已知座舱开始下落时的高度为75m,当落到离地面30m的位置时开始制动,座舱均匀减速.重力加速度g取102/ms,不计空气阻力.（1）求座舱下落的最大速度;（2）求座舱下落的总时间;（3）若座舱中某人用手托着重30N的铅球,求座舱下落过程中球对手的压力.【答案】（1）30m/s（2）5s．（3）75N．【解析】试题分析：（1）v2=2gh;vm＝30m/s⑵座舱在自由下落阶段所用时间为：2112hgtt1＝3s座舱在匀减速下落阶段所用的时间为：t2＝2hv＝2s所以座舱下落的总时间为：t＝t1＋t2＝5s⑶对球，受重力mg和手的支持力N作用，在座舱自由下落阶段，根据牛顿第二定律有mg－N＝mg解得：N＝0根据牛顿第三定律有：N′＝N＝0，即球对手的压力为零在座舱匀减速下落阶段，根据牛顿第二定律有mg－N＝ma根据匀变速直线运动规律有：a＝2202vh＝－15m/s2解得：N＝75N（2分）根据牛顿第三定律有：N′＝N＝75N，即球对手的压力为75N考点：牛顿第二及第三定律的应用9．一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）030；（2）35【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：221480.5mmass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：222221mmass上滑时，根据牛顿第二定律得：mgsinθ+μmgcosθ=ma1，下滑时，根据牛顿第二定律得：mgsinθ-μmgcosθ=ma2，联立解得：35，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。10．如图所示，质量1mk