高中物理精選-牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用(含答案)

1、牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用 高一物理牛頓運(yùn)動(dòng)定律 孫藝. 2016/7/21知識(shí)點(diǎn)一動(dòng)力學(xué)的兩類基本問(wèn)題疑難導(dǎo)析1在處理力和運(yùn)動(dòng)的兩類基本問(wèn)題時(shí)，關(guān)鍵在于加速度a，a是連接運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和牛頓第二定律的橋梁。 由于運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)中公共的物理量是加速度a，所以在處理力和運(yùn)動(dòng)的兩類基本問(wèn)題時(shí)，不論由受力確定運(yùn)動(dòng)還是由運(yùn)動(dòng)確定受力，關(guān)鍵在于加速度a，a是連接運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和牛頓第二定律的橋梁。2物體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)、軌跡的形狀是由物體所受的合外力及初速度共同決定的。 1、如圖所示，在水平桌面的邊角處有一輕質(zhì)光滑的定滑輪，一條不可伸長(zhǎng)的輕繩繞過(guò)定滑輪分別與物塊A、B相連，細(xì)繩處于伸直狀態(tài)，物塊A和B的質(zhì)量分別為mA=8kg

2、和mB=2kg，物塊A與水平桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.1，物塊B距地面的高度h=0.15m.桌面上部分的繩足夠長(zhǎng).現(xiàn)將物塊B從h高處由靜止釋放，直到A停止運(yùn)動(dòng).求A在水平桌面上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間.（g=10m/s2） 解析對(duì)B研究，由牛頓第二定律得mBg-T=mBa1 同理，對(duì)A：T-f=mAa1 代入數(shù)值解得B做勻加速直線運(yùn)； 解得 B落地后，A在摩擦力作用下做勻減速運(yùn)動(dòng) ； 解得： 2、如圖所示，物體從光滑斜面上的A點(diǎn)由靜止開(kāi)始下滑，經(jīng)過(guò)B點(diǎn)后進(jìn)入水平面（設(shè)經(jīng)過(guò)B點(diǎn)前后速度大小不變），最后停在C點(diǎn)。每隔0.2秒鐘通過(guò)速度傳感器測(cè)量物體的瞬時(shí)速度，下表給出了部分測(cè)量數(shù)據(jù)。（重力加速度g10m/s2）求

3、： （1）斜面的傾角； （2）物體與水平面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)； （3）t0.6s時(shí)的瞬時(shí)速度v。解：（1）由前三列數(shù)據(jù)可知物體在斜面上勻加速下滑時(shí)的加速度為：a15m/s2，mg sin ama1，可得：a30°， （2）由后二列數(shù)據(jù)可知物體在水平面上勻減速滑行時(shí)的加速度大小為：a22m/s2，mmgma2，可得：m0.2（3）設(shè)物體運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間為t 由1.12(t 1.2)= 0得：t =1.75S設(shè)物體在斜面上下滑的時(shí)間為t1 5t12（1.75t1），解得t10.5s，即物體在斜面上下滑的時(shí)間為0.5s則t0.6s時(shí)物體在水平面上，其速度為vv1.2a2t2.3 m/s。 3、如

4、圖所示，傳送帶與地面傾角=37°，從A到B長(zhǎng)度為16 m，傳送帶以10 m/s的速率逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)在傳送帶上端A無(wú)初速度地放一個(gè)質(zhì)量為0. 5 kg的物體，它與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5求物體從A運(yùn)動(dòng)到B需時(shí)間是多少？（sin37°=0. 6，cos37°=0. 8） 開(kāi)始時(shí):v帶>v物，帶給物體向下的滑動(dòng)摩擦力，物體由靜止開(kāi)始加速，根據(jù)牛頓第二定律mgsin+mgcos=ma1a1=10m/s2 加速到v帶=v物時(shí)，用時(shí)：t1=v/a1=1ss=a1t2/2=5m 由于<tanmgcos<mgsin A在重力的作用下繼續(xù)加速下滑，此時(shí)：mgsi

5、n-mgcos=ma2a2=2 m/s2L-S=vt2+ a2t22/2 解得 t2=1s 共2s【變式】如圖所示，一水平傳送帶以2 m/s的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)，傳送帶上兩端的距離為20 m，將一物體輕輕地放在傳送帶的一端，物體由一端運(yùn)動(dòng)到另一端所經(jīng)歷的時(shí)間為11 s，則物體與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)是多少？(g10m/s2) v t1+v(11- t1)=20g=v/ t1聯(lián)立上兩式，代值，解得： =0.1知識(shí)點(diǎn)二超重與失重1超重 當(dāng)物體具有豎直向上的加速度時(shí)（包括向上加速或向下減速兩種情況），物體對(duì)支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦Υ笥谧陨碇亓Φ默F(xiàn)象。2失重 物體具有豎直向下的加速度時(shí)（包括向下加

6、速或向上減速兩種情況），物體對(duì)支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦π∮谧陨碇亓Φ默F(xiàn)象。3完全失重 物體以加速度a=g向下豎直加速或向上減速時(shí)（自由落體運(yùn)動(dòng)、處于繞星球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的飛船里或豎直上拋時(shí)），物體對(duì)支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦Φ扔诹愕默F(xiàn)象。 疑難導(dǎo)析1 超重與失重的產(chǎn)生因此超重、失重、完全失重三種情況的產(chǎn)生僅與物體的加速度有關(guān)，而與物體的速度大小和方向無(wú)關(guān)?！俺亍辈荒芾斫獬晌矬w的重力增加了；“失重”也不能理解為物體的重力減不了；“完全失重”不能理解成物體的重力消失了，物體超重、失重以及完全失重時(shí)重力是不變的。2重力與視重的區(qū)別和聯(lián)系 重力是由地球?qū)ξ矬w的吸引而產(chǎn)生的。人們通常用豎直懸掛的

7、彈簧秤或水平放置的臺(tái)秤來(lái)測(cè)量物體的重力大小。用這種方法測(cè)得的重力大小常稱為“視重”，其實(shí)質(zhì)是彈簧秤拉物體的力或臺(tái)秤對(duì)物體的支持力。1、某人站在一臺(tái)秤上，當(dāng)他猛地下蹲的過(guò)程中，臺(tái)秤讀數(shù)（不考慮臺(tái)秤的慣性）（ C ） A先變大后變小，最后等于他的重力 B變大，最后等于他的重力 C先變小，后變大，最后等于他的重力 D變小，最后等于他的重力2、輕質(zhì)彈簧的上端固定在電梯的天花板上，彈簧下端懸掛一個(gè)小鐵球，電梯中有質(zhì)量為50 kg的乘客，如圖所示，在電梯運(yùn)行時(shí)，乘客發(fā)現(xiàn)彈簧的伸長(zhǎng)量是電梯靜止時(shí)輕質(zhì)彈簧的伸長(zhǎng)量的一半，這一現(xiàn)象表明（g10m/s2）（ D ） A電梯此時(shí)可能正以大小為1 m/s2的加速度減速

8、上升，也可能以大小為1 m/s2的加速度加速下降 B電梯此時(shí)可能正以大小為1 m/s2的加速度減速上升，也可能以大小為5 m/s2的加速度加速下降 C電梯此時(shí)正以大小為5 m/s2的加速度加速上升，也可能是以大小為5 m/s2的加速度減速下降 D無(wú)論電梯此時(shí)是上升還是下降，也無(wú)論電梯是加速還是減速，乘客對(duì)電梯底板的壓力大小一定是250N 【變式】2007年9月8日姚明在臺(tái)灣新竹參加交流活動(dòng)，引起臺(tái)灣同胞廣大球迷的尊敬和愛(ài)戴，讓更多的臺(tái)灣同胞喜愛(ài)上籃球這一運(yùn)動(dòng)。若姚明某次跳起過(guò)程可分為下蹲、蹬地、離地上升、下落四個(gè)過(guò)程，下列關(guān)于蹬地和離地上升兩過(guò)程的說(shuō)法中正確的是（設(shè)蹬地的力為恒力）（ D ）

9、A兩過(guò)程中姚明都處于超重狀態(tài) B兩過(guò)程中姚明都處于失重狀態(tài) C前過(guò)程超重，后過(guò)程不超重也不失重 D前過(guò)程超重，后過(guò)程完全失重類型1求解涉及彈簧、繩子等的瞬時(shí)問(wèn)題時(shí),可從以下兩個(gè)方面去進(jìn)行分析1、變化瞬間力未能變的情況,像彈簧、橡皮筋等物體兩端連接其他物體時(shí),若其一端受力有變化,則不會(huì)引起這些物體上的力立即發(fā)生變化,原因是它們的形變需要一定的時(shí)間.2、變化瞬間力發(fā)生突變的情況,像用繩、輕桿、硬的物質(zhì)連接物體時(shí),當(dāng)其連接物體的受力發(fā)生變化時(shí),將會(huì)引起繩、輕桿等物體上力的突變.1、如右圖1，輕彈簧上端與一質(zhì)量為m的木塊1相連，下端與另一質(zhì)量為M的木塊2相連，整個(gè)系統(tǒng)置于水平放置的光滑木板上，并處于靜

10、止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)將木板沿水平方向突然抽出，設(shè)抽出后的瞬間，木塊1、2的加速度大小分別為、。重力加速度大小為g。則有A， B，C， D，解析：本題以一根輕彈簧連接兩個(gè)物體為一個(gè)平衡系統(tǒng)，當(dāng)最底下的木板被抽出,求此瞬間兩木塊的加速度，是一種常見(jiàn)題型，屬于比較簡(jiǎn)單的題目，體現(xiàn)了高考還是以常規(guī)題型為主，注重基礎(chǔ)知識(shí)的考查,本題主要考查應(yīng)用牛頓第二定律求瞬時(shí)加速度問(wèn)題，關(guān)鍵是區(qū)分瞬時(shí)力與延時(shí)力。解答本題時(shí)可按以下思路分析： 選C，在抽出木板的瞬時(shí)，彈簧對(duì)1的支持力和對(duì)2的壓力并未改變。1物體受重力和支持力，mg=F,a1=0，2物體受重力和壓力，根據(jù)牛頓第二定律a2=g2、如圖質(zhì)量為m的小球用水平彈簧系住，并

11、用傾角為30°的光滑木板AB托住，小球恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)當(dāng)木板AB突然向下撤離的瞬間，小球的加速度為（ C ）A0 B大小為g，方向豎直向下C大小為g，方向垂直于木板向下D大小為g，方向水平向右【解析】未撤離木板前，小球受到重力G，彈簧拉力F，木板支持力FN，如圖所示，三力平衡于是有：FNcos = mg，F(xiàn)N = 當(dāng)撤離木板的瞬間，G和F保持不變（彈簧的彈力不能突變），木板支持力FN立即消失小球受G和F的合力大小等于撤之前的FN（三力平衡），方向與FN的方向相反，故加速度方向?yàn)榇怪蹦景逑蛳?，大小為：a = = = g訓(xùn)練題 物塊A1、A2、B1和B2的質(zhì)量均為m，A1、A2用剛性輕桿

12、連接，B1、B2用輕質(zhì)彈簧連結(jié)，兩個(gè)裝置都放在水平的支托物上，處于平衡狀態(tài)，如圖今突然撤去支托物，讓物塊下落，在除去支托物的瞬間，A1、A2受到的合力分別為和，B1、B2受到的合力分別為F1和F2，則 （ B ）A= 0，= 2mg，F(xiàn)1 = 0，F(xiàn)2 = 2mgB= mg，= mg，F(xiàn)1 = 0，F(xiàn)2 = 2mgC= mg，= 2mg，F(xiàn)1 = mg，F(xiàn)2 = mg D= mg，= mg，F(xiàn)1 = mg，F(xiàn)2 = mg 類型2 變力問(wèn)題 1、(2009·皖北地區(qū)模擬)靜止在光滑水平面上的物體，在水平推力F作用下開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，推力隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示，關(guān)于物體在0t1時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況

13、，正確的描述是( B) A物體先做勻加速運(yùn)動(dòng)，后做勻減速運(yùn)動(dòng) B物體的速度一直增大C物體的速度先增大后減小 D物體的加速度一直增大 解析由牛頓運(yùn)動(dòng)定律可以分析出，由F合ma得：F先增大后減小，則a先增大后減小，說(shuō)明物體做變加速運(yùn)動(dòng)，A、D選項(xiàng)錯(cuò)在0t1時(shí)間內(nèi)F的方向不變，F(xiàn)與v同向，則物體做加速運(yùn)動(dòng)2、靜止在光滑水平面上的物體受到一個(gè)水平拉力的作用，該力隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖所示，則 ( A)A物體將做往復(fù)運(yùn)動(dòng) B2s內(nèi)的位移為零C2s末物體的速度最大 D3s內(nèi)，拉力做的功為零解析本題考查了力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系及應(yīng)用圖象的能力由題意可知，拉力F即為物體所受的合外力，根據(jù)Ft圖象，物體在01s內(nèi)做加速度

14、逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng)，1s末速度達(dá)到最大；在12s內(nèi)做加速度逐漸增大的減速運(yùn)動(dòng)，2s末速度減為零，在23s內(nèi)物體做反向加速運(yùn)動(dòng)，3s末速度達(dá)到最大；在34s內(nèi)做反向減速運(yùn)動(dòng)，4s末速度減為零，且重新回到出發(fā)點(diǎn)，也就是說(shuō)物體在4s內(nèi)的位移為零，以后物體將重復(fù)這樣的運(yùn)動(dòng)，綜上所述，選項(xiàng)A正確，B、C、D錯(cuò)誤類型3 臨界與極值問(wèn)題特別提醒：力學(xué)中的臨界問(wèn)題指一種運(yùn)動(dòng)形式（或物理過(guò)程和物理狀態(tài)）轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N運(yùn)動(dòng)形式（或物理過(guò)程和物理狀態(tài)）時(shí)，存在著分界限的現(xiàn)象，這種分界限通常以臨界值和臨界狀態(tài)的形式出現(xiàn)在不同的問(wèn)題中，而臨界與極值問(wèn)題主要原因在于最大靜摩擦力、繩子的張力等于零、兩個(gè)物體要分離時(shí)相互作用的

15、彈力為零等.A1、在傾角為的光滑斜面上端系有一勁度為k的彈簧，彈簧下端連一個(gè)質(zhì)量為m的小球，球被一垂直斜面的擋板A擋住，此時(shí)彈簧沒(méi)有形變，若A以加速度a（a<gsin）沿斜面向下勻加速運(yùn)動(dòng)，求：（1）從擋板開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到球板分離所經(jīng)歷的時(shí)間t；（2）從擋板開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到小球速度最大時(shí)，球的位移x.解析（1）設(shè)球與擋板分離時(shí)位移為s，經(jīng)歷的時(shí)間為t，從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到分離過(guò)程中，m受豎直向下的重力，垂直斜面向上的支持力FN，沿斜面向上的擋板支持力FN1和彈簧彈力f，據(jù)牛二定律有方程：，隨著x的增大，f增大，F(xiàn)N1減小，保持a不變，當(dāng)m與擋板分離時(shí)，x增大到等于s，F(xiàn)N1減小到零，則有： ， 聯(lián)立解得：（

16、2）分離后繼續(xù)做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，v最大時(shí)，m受合力為零，即，位移是 方法技巧臨界與極值問(wèn)題關(guān)鍵在于臨界條件的分析，如相互擠壓的物體要分離，其臨界條件一定是相互作用的彈力為零.另外，最大靜摩擦力的問(wèn)題、繩子的張力等等都會(huì)經(jīng)常和臨界與極值問(wèn)題相聯(lián)系.如果是運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，兩個(gè)物體運(yùn)動(dòng)速度相等的情況常常都會(huì)和兩者的距離的臨界與極值問(wèn)題相聯(lián)系，但也有是以兩者加速度想等為條件的。訓(xùn)練一、選擇題1. 游樂(lè)園中，游客乘坐能做加速或減速運(yùn)動(dòng)的升降機(jī)，可體會(huì)超重或失重的感覺(jué)下列描述正確的是 (BC)A當(dāng)升降機(jī)加速上升時(shí)，游客是處在失重狀態(tài)B當(dāng)升降機(jī)減速下降時(shí)，游客是處在超重狀態(tài)C當(dāng)升降機(jī)減速上升時(shí)，游客是處在失

17、重狀態(tài)D當(dāng)升降機(jī)加速下降時(shí)，游客是處在超重狀態(tài)2. 2008年9月25日，“神舟七號(hào)”載人飛船成功發(fā)射，設(shè)近地加速時(shí)，飛船以5g的加速度勻加速上升，g為重力加速度則質(zhì)量為m的宇航員對(duì)飛船底部的壓力為 (A)A6mg B5mgC4mg Dmg3. 如圖所示，質(zhì)量相同的木塊A、B用輕彈簧連接置于光滑的水平面上，開(kāi)始彈簧處于自然狀態(tài)，現(xiàn)用水平恒力F推木塊A，則從開(kāi)始到彈簧第一次被壓縮到最短的過(guò)程中，以下說(shuō)法正確的是(BD)A兩木塊速度相同時(shí)，加速度aAaBB兩木塊速度相同時(shí)，加速度aA<aBC兩木塊加速度相同時(shí)，速度vA<vBD兩木塊加速度相同時(shí)，速度vA>vB解析顯然在彈簧壓縮到

18、最短的過(guò)程中，A所受到的合外力變小，所以aA減小，B所受到的合外力變大，所以aB增大，在vt圖象中，a就是圖線切線的斜率，又因?yàn)閮晌矬w開(kāi)始速度均為0，所以，所畫A、B的vt圖象如圖所示顯然，在t1時(shí)刻vA>vB，但由于在該時(shí)刻圖線斜率相同(切線平行)aAaB，在t2時(shí)刻vAvB，但加速度顯然有aA<aB.4. 如圖所示，固定光滑斜面與地面成一定傾角，一物體在平行斜面向上的拉力作用下向上運(yùn)動(dòng)，拉力F和物體速度v隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖(甲)、(乙)所示，取重力加速度g10m/s2.求物體的質(zhì)量m及斜面與地面間的夾角.答案1.0kg30°解析由題圖可得，02s內(nèi)物體的加速度為a0.5m/s2由牛頓第二定律可得：Fmgsinma2s后有：Fmgsin聯(lián)立，并將F5.5N，F(xiàn)5N代入解得：m1.0kg，30°.5. 如圖所示，有一塊木板靜止在光滑且足夠長(zhǎng)的水平面上，木板質(zhì)量M4kg，長(zhǎng)L1.