高考物理牛顿运动定律真题汇编(含答案)及解析

高考物理牛顿运动定律真题汇编(含答案)及解析

一、高中物理精讲专题测试牛顿运动定律

1．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FN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FN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vC，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：

2．某物理兴趣小组设计了一个货物传送装置模型，如图所示。水平面左端A处有一固定挡板，连接一轻弹簧，右端B处与一倾角37o的传送带平滑衔接。传送带BC间距0.8Lm，以01/vms顺时针运转。两个转动轮O1、O2的半径均为0.08rm，半径O1B、O2C均与传送带上表面垂直。用力将一个质量为1mkg的小滑块（可视为质点）向左压弹簧至位置K，撤去外力由静止释放滑块，最终使滑块恰好能从C点抛出（即滑块在C点所受弹力恰为零）。已知传送带与滑块间动摩擦因数0.75，释放滑块时弹簧的弹性势能为1J，重力加速度g取210/ms，cos370.8o，sin370.6o，不考虑滑块在水平面和传送带衔接处的能量损失。求：

（1）滑块到达B时的速度大小及滑块在传送带上的运动时间

（2）滑块在水平面上克服摩擦所做的功

【答案】（1）1s （2）0.68J

【解析】

【详解】

解：(1)滑块恰能从C点抛出，在C点处所受弹力为零，可得：2vmgcosθmr

解得： v0.8m/s

对滑块在传送带上的分析可知：mgsinθμmgcosθ

故滑块在传送带上做匀速直线运动，故滑块到达B时的速度为：v0.8m/s

滑块在传送带上运动时间：Ltv

解得：t1s

(2)滑块从K至B的过程，由动能定理可知：2f1WWmv2弹 根据功能关系有： pWE弹

解得：fW0.68J

3．如图，水平桌面上静止放置一质量1kgM、长为1mL的木板板上最右端放一质量2kgm的滑块可看做质点，以20NF的水平力拉木板，将其从滑块下面抽出来．若所有接触面间的动摩擦因数均为0.3，210m/sg.

（1）求滑块与木板间的摩擦力1f多大，木板与桌面间的摩擦力2f多大；

（2）求滑块从木板上掉下的时间t为多少？

【答案】（1）6N；9N（2）1s

【解析】

【详解】

解：(1)滑块与木板之间的摩擦力10.3210N6Nfmg

木板与桌面间的摩擦力2()0.3(12)10N9NfMmg

(2)当滑块与木板间的摩擦力达到最大静摩擦力，木板将从物体下面抽出，

对滑块，根据牛顿第二定律得：11fma

解得：213m/sa

对木板：122FffMa

解得：225m/sa

滑块位移：21112xat，木板的位移：22212xat

滑落时：21xxL

代入数据解得：1st

4．如图所示，质量2kgM的木板静止在光滑水平地面上，一质量1kgm的滑块（可视为质点）以03m/sv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0.2，重力加速度210m/sg，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()mvmMv可得1m/sv

（2）木板静止后，滑块匀减速运动，根据动能定理有：2102mgsmv

解得0.25ms

（3）从滑块滑上木板到共速时，由能量守恒得：220111()22mvmMvmgs

故木板的长度11.75mLss

5．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)22121,0.5mmaass；(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Af，

水平运动，则竖直方向平衡：ANmg，AAfN；解得：Afmg ——①

A滑块在绸带上水平向右滑动，0时刻的加速度为1a ，

由牛顿第二定律得：1AAFfma——②

B滑块和绸带一起向左滑动，0时刻的加速度为2a

由牛顿第二定律得：2BBFfma——③；

联立①②③解得：211m/sa，220.5m/sa；

(2)A滑块经t滑离绸带，此时AB、滑块发生的位移分别为1x和2x 1221122221212Lxxxatxat

代入数据解得：12mx，21mx，2st

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：12AQfxx

代入数据解得：30JQ．

6．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

7．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）13m(vt+kg) （2）1415kmg

【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=vt

①

对整个列车，由牛顿第二定律得：

F-k·7mg=7ma ②

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

26F+T-k·2mg=2ma， ③

联立①②③得

T=-13m(vt+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=0 ⑤

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：

26F+T1-k·2mg=0 ⑥

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：

5F+T2-k·2mg=0， ⑦

联立⑤⑥⑦得