高考物理牛顿运动定律试题(有答案和解析)含解析
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高考物理牛顿运动定律试题(有答案和解析)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，倾角的足够长的斜面上，放着两个相距L0、质量均为m的滑块A和B，滑块A的下表面光滑，滑块B与斜面间的动摩擦因数tan．由静止同时释放A和B，此后若A、B发生碰撞，碰撞时间极短且为弹性碰撞．已知重力加速度为g，求：
（1）A与B开始释放时，A、B的加速度Aa和Ba；
（2）A与B第一次相碰后，B的速率Bv；
（3）从A开始运动到两滑块第二次碰撞所经历的时间t．
【答案】（1）sinAag；0Ba（2）02singL（3）023sinLg
【解析】
【详解】
解：(1)对B分析：sincosBmgmgma
0Ba，B仍处于静止状态
对A分析，底面光滑，则有：mgsinAma
解得：sinAag
(2) 与B第一次碰撞前的速度，则有：202AAvaL
解得：02sinAvgL
所用时间由：1vAat，解得：012sinLgt
对AB，由动量守恒定律得：1ABmvmvmv
由机械能守恒得：2221111222ABmvmvmv
解得：100,2sinBvvgL
(3)碰后，A做初速度为0的匀加速运动，B做速度为2v的匀速直线运动，设再经时间2t发生第二次碰撞，则有：2212AAxat
22Bxvt 第二次相碰：ABxx
解得：0222sinLtg
从A开始运动到两滑块第二次碰撞所经历的的时间：12ttt
解得：023sinLtg
2．四旋翼无人机是一种能够垂直起降的小型遥控飞行器，目前正得到越来越广泛的应用．一架质量m=2 kg的无人机，其动力系统所能提供的最大升力F=36
N，运动过程中所受空气阻力大小恒为f=4 N．(g取10 m／s2)
(1)无人机在地面上从静止开始，以最大升力竖直向上起飞．求在t=5s时离地面的高度h；
(2)当无人机悬停在距离地面高度H=100m处，由于动力设备故障，无人机突然失去升力而坠落．求无人机坠落到地面时的速度v；
(3)接(2)问，无人机坠落过程中，在遥控设备的干预下，动力设备重新启动提供向上最大升力．为保证安全着地（到达地面时速度为零），求飞行器从开始下落到恢复升力的最长时间t1．
【答案】（1）75m（2）40m/s （3）55 s3
【解析】
【分析】
【详解】
（1）由牛顿第二定律 F﹣mg﹣f=ma
代入数据解得a=6m/s2
上升高度
代入数据解得 h=75m．
（2）下落过程中 mg﹣f=ma1
代入数据解得
落地时速度 v2=2a1H，
代入数据解得 v=40m/s
（3）恢复升力后向下减速运动过程 F﹣mg+f=ma2
代入数据解得 设恢复升力时的速度为vm，则有
由 vm=a1t1
代入数据解得．
3．如图，质量分别为mA=1kg、mB=2kg的A、B两滑块放在水平面上，处于场强大小E=3×105N/C、方向水平向右的匀强电场中，A不带电，B带正电、电荷量q=2×10－5C．零时刻，A、B用绷直的细绳连接(细绳形变不计)着，从静止同时开始运动，2s末细绳断开．已知A、B与水平面间的动摩擦因数均为μ=0.1，重力加速度大小g=10m/s2．求：
(1)前2s内，A的位移大小；
(2)6s末，电场力的瞬时功率．
【答案】(1) 2m (2) 60W
【解析】
【分析】
【详解】
（1）B所受电场力为F=Eq=6N；绳断之前，对系统由牛顿第二定律：F-μ(mA+mB)g=(mA+mB)a1
可得系统的加速度a1=1m/s2；
由运动规律：x=12a1t12
解得A在2s内的位移为x=2m；
（2）设绳断瞬间，AB的速度大小为v1，t2=6s时刻，B的速度大小为v2，则v1=a1t1=2m/s；
绳断后，对B由牛顿第二定律：F-μmBg=mBa2
解得a2=2m/s2；
由运动规律可知：v2=v1+a2(t2-t1)
解得v2=10m/s
电场力的功率P=Fv，解得P=60W
4．质量m=2kg的物块自斜面底端A以初速度v0=16m/s沿足够长的固定斜面向上滑行，经时间t=2s速度减为零．已知斜面的倾角θ=37°，重力加速度g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8．试求：
（1）物块上滑过程中加速度大小； （2）物块滑动过程摩擦力大小；
（3）物块下滑所用时间.
【答案】（1）8m/s2；（2）4N；（3）s
【解析】
【详解】
（1）上滑时，加速度大小
（2）上滑时，由牛顿第二定律，得：
解得
（3）位移
下滑时，由牛顿第二定律，得
解得
由，解得=s
5．如图所示，小红和妈妈利用寒假时间在滑雪场进行滑雪游戏。已知雪橇与水平雪道间的动摩擦因数为μ＝0.1，妈妈的质量为M＝60kg，小红和雪橇的总质量为m＝20kg。在游戏过程中妈妈用大小为F＝50N，与水平方向成37°角的力斜向上拉雪橇。（210/gms，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8）求：
（1）小红的加速度大小和妈妈与雪道间的摩擦力大小；
（2）若要使小红和雪橇从静止开始运动并能滑行到前面43m处，求妈妈拉力作用的最短距离。
【答案】(1) 21.15/ms，109N (2) 20m
【解析】
【分析】
根据“妈妈用大小为F＝50N，与水平方向成37°角的力斜向上拉雪橇”、“小红的加速度大小和妈妈与雪道间的摩擦力大小”、“若要使小红和雪橇从静止开始运动并能滑行到前面43m处，求妈妈拉力作用的最短距离”可知，本题考查牛顿第二定律和动能定理，根据牛顿第二定律和动能定理得规律，分别对小红和妈妈受力分析，列出牛顿第二定律方程和动能定理方程，求解即可。
【详解】
（1）对小红和雪橇受力分析如图甲所示，对妈妈受力分析如图乙所示。
对于小红和雪橇由牛顿第二定律可得：
1sin370NFmg （1）
1cos37FNma （2）
联立解得：21.15/ams （3）
对于妈妈由牛顿第二定律可得：
cos37fFMa （4）
解得：109fN （5）
（2）由题意可得，当小红和雪橇到达前面43m刚好停止时，妈妈拉力作用的距离最短。对小红和雪橇由动能定理可得：
max()0mgsx （6）
解得： 20xm （7）
【点睛】
分别对小红和妈妈受力分析，根据牛顿第二定律列出方程，联立求解即可；求妈妈拉力作用的最短距离，则到达43m处时，速度为零，根据动能定理列方程，求解即可。
6．如图所示，水平地面上固定着一个高为h的三角形斜面体，质量为M的小物块甲和质量为m的小物块乙均静止在斜面体的顶端．现同时释放甲、乙两小物块，使其分别从倾角为α、θ的斜面下滑，且分别在图中P处和Q处停下．甲、乙两小物块与斜面、水平面间的动摩擦因数均为μ.设两小物块在转弯处均不弹起且不损耗机械能，重力加速度取g.求：小物块
(1)甲沿斜面下滑的加速度；
(2)乙从顶端滑到底端所用的时间； (3)甲、乙在整个运动过程发生的位移大小之比．
【答案】(1) g(sin α－μcos α) (2)
2sinsincoshg (3)1:1
【解析】
【详解】
(1) 由牛顿第二定律可得F合=Ma甲
Mgsin α－μ·Mgcos α=Ma甲
a甲=g(sin α－μcos α)
(2) 设小物块乙沿斜面下滑到底端时的速度为v，根据动能定理得W合=ΔEk
mgh－μmgcos θ·sinh=212mv
v=cos21singh
a乙=g(sin θ－μcos θ)
t=2sinsincoshg
(3) 如图，由动能定理得Mgh－μ·Mgcos α·sinh－μ·Mg(OP－cossinh)=0
mgh－μmgcos θ·sinh－μmg(OQ－cossinh)=0
OP=OQ
根据几何关系得22221==1xhOPxhOQ甲乙
7．如图所示，水平轨道与竖直平面内的圆弧轨道平滑连接后固定在水平地面上，圆弧轨道B端的切线沿水平方向．质量m=1.0kg的滑块（可视为质点）在水平恒力F=10.0N的作用下，从A点由静止开始运动，当滑块运动的位移x=0.50m时撤去力F．已知A、B之间的距离x0=1.0m，滑块与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.10，取g=10m/s2．求：
（1）在撤去力F时，滑块的速度大小；
（2）滑块通过B点时的动能； （3）滑块通过B点后，能沿圆弧轨道上升的最大高度h=0.35m，求滑块沿圆弧轨道上升过程中克服摩擦力做的功．
【答案】（1）3．0m/s；（2）4．0J；（3）0．50J．
【解析】
试题分析：（1）滑动摩擦力fmg（1分）
设滑块的加速度为a1，根据牛顿第二定律
1Fmgma（1分）
解得219.0/ams（1分）
设滑块运动位移为 0.50m时的速度大小为v，根据运动学公式
212vax（2分）
解得 3.0/vms（1分）
（2）设滑块通过B点时的动能为kBE
从A到B运动过程中，依据动能定理有 kWE合
0 kBFxfxE， （4分）
解得4.0kBEJ（2分）
（3）设滑块沿圆弧轨道上升过程中克服摩擦力做功为fW，根据动能定理
0fkBmghWE（3分）
解得0.50fWJ（1分）
考点：牛顿运动定律 功能关系
8．如图甲所示，质量m=8kg的物体在水平面上向右做直线运动。过a点时给物体作用一个水平向右的恒力F并开始计时，在4s末撤去水平力F．选水平向右为速度的正方向，通过速度传感器测出物体的瞬时速度，所得v﹣t图象如图乙所示。（取重力加速度为10m/s2）求：
（1）8s末物体离a点的距离
（2）撤去F后物体的加速度
（3）力F的大小和物体与水平面间的动摩擦因数μ。
【答案】（1）48m。（2）﹣2m/s2。（3）16N，0.2。
【解析】
【详解】
