【物理】物理試卷分類匯編物理牛頓運動定律的應(yīng)用(及答案)及解析

1、【物理】物理試卷分類匯編物理牛頓運動定律的應(yīng)用(及答案)及解析一、高中物理精講專題測試牛頓運動定律的應(yīng)用1 .如圖甲所示，一傾角為 37。的傳送帶以恒定速度運行.現(xiàn)將一質(zhì)量m = 1 kg的小物體拋上傳送帶，物體相對地面的速度隨時間變化的關(guān)系如圖乙所示，取沿傳送帶向上為正方向，g= 10 m/s2, sin 37=0.6, cos 37=0.8:求：(1)物體與傳送帶間的動摩擦因數(shù)；(2) 08 s內(nèi)物體機械能的增加量；(3)物體與傳送帶摩擦產(chǎn)生的熱量Q?！敬鸢浮?1)科=0.875.(2) 氏 90 J (3) Q= 126 J【解析】【詳解】(1)由圖象可以知道，傳送帶沿斜向上運動，物體放

2、到傳送帶上的初速度方向是沿斜面向下的I2a- - lm/57且加速大小為2的勻減速直線運動，對其受力分析，由牛頓第二定律得：/mgcos j一mgsM。= ma可解得：尸0.875.(2)根據(jù)v-t圖象與時間軸圍成的 面積”大小等于物體的位移，可彳導(dǎo)08 s內(nèi)物體的位移IZ+61I1=X4-X2x2 = 14n08 s s內(nèi)物體的機械能的增加量等于物體重力勢能的增加量和動能增加量之和，為1 1AE + -m x 42 - -m x 22 = 9(1/(3) 08 s內(nèi)只有前6s發(fā)生相對滑動.06 s內(nèi)傳送帶運動距離為$皮=06 s內(nèi)物體位移為：*物則06 s內(nèi)物體相對于皮帶的位移為 方=18例

3、08 s內(nèi)物體與傳送帶因為摩擦產(chǎn)生的熱量等于摩擦力乘以二者間的相對位移大小，Q = As代入數(shù)據(jù)得：Q = 126 J故本題答案是：(1)尸 0.875.(2) B= 90 J (3) Q=126 J【點睛】對物體受力分析并結(jié)合圖像白斜率求得加速度，在v-t圖像中圖像包圍的面積代表物體運動做過的位移。2.在一個水平面上建立 x軸，在過原點 O垂直于x軸的平面的右側(cè)空間有一個勻強電場，場強大小E=6.0X10 N/C,方向與x軸正方向相同，在原點 O處放一個質(zhì)量m=0.01 kg 帶負(fù)電荷的絕緣物塊，其帶電荷量 q= -5 X1(8 c.物塊與水平面間的動摩擦因數(shù)=0.2給物塊一個沿x軸正方向的

4、初速度 vo=2 m/s.如圖所示.試求：77777777777777777777 O(1)物塊沿x軸正方向運動的加速度；(2)物塊沿x軸正方向運動的最遠(yuǎn)距離；(3)物體運動的總時間為多長？【答案】(1)5 m/s2 (2)0.4 m (3)1.74 s【解析】【分析】帶負(fù)電的物塊以初速度 vo沿x軸正方向進入電場中，受到向左的電場力和滑動摩擦力作用，做勻減速運動，當(dāng)速度為零時運動到最遠(yuǎn)處，根據(jù)動能定理列式求解；分三段進行研究：在電場中物塊向右勻減速運動，向左勻加速運動，離開電場后勻減速運動.根據(jù)運動學(xué)公式和牛頓第二定律結(jié)合列式，求出各段時間，即可得到總時間.【詳解】(1)由牛頓第二定律可得m

5、g Eq ma ,得a 5m/s21 2(2)物塊進入電場向右運動的過程，根據(jù)動能定理得：mg Eq Sf 0 - mv0 .2代入數(shù)據(jù)，得：S1=0.4m(3)物塊先向右作勻減速直線運動，根據(jù)：S1 迎一41 "41,得：t1=0.4s22接著物塊向左作勻加速直線運動：a2 qEmg =1m/s2.mg根據(jù)：s, la2t22 得t2 2而2s 2一 ,22m/s物塊離開電場后，向左作勻減速運動：a3根據(jù)：a3t3 a2t2 解得 t3 J02s物塊運動的總時間為：t t1 t2 t3 1.74s【點睛】本題首先要理清物塊的運動過程，運用動能定理、牛頓第二定律和運動學(xué)公式結(jié)合進行求

6、 解.3.如圖所示，質(zhì)量為 m=5kg的長木板B放在水平地面上，在木板的最右端放一質(zhì)量也為m=5kg的物塊A (可視為質(zhì)點).木板與地面間的動摩擦因數(shù)科仁0.3,物塊與木板間的動摩擦因數(shù) 科2.=0.2 ,現(xiàn)用一水平力 F=60N作用在木板上，使木板由靜止開始勻加速運動， 經(jīng)過t=1s,撤去拉力，設(shè)物塊與木板間的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，g 10m/S2,求：(1)拉力撤去時，木板的速度 VB；(2)要使物塊不從木板上掉下，木板的長度 L至少為多大;(3)在滿足(2)的條件下，物塊最終將停在右端多遠(yuǎn)處.【答案】(1)VB=4m/s； (2)L=1.2m ; (3)d=0.48m【解析】【分析

7、】對整體運用牛頓第二定律，求出加速度，判斷物塊與木板是否相對滑動，對物塊 和系統(tǒng)分別運用動量定理求出拉力撤去時，長木板的速度；從撤去拉力到達(dá)到共同速度過程，對物塊和長木板分別運用動量定理求出撤去拉力后到達(dá)到共同速度的時間t1,分別求出撤去拉力前后物塊相對木板的位移，從而求出木板的長度對木板和物塊，根據(jù)動能定理 求出物塊和木板的相對位移，再由幾何關(guān)系求出最終停止的位置.(1)若相對滑動，對木板有：F2mg1 2mg maB ,2得：aB 4m / s對木塊有 2mg maA, aA 2m/s2所以木塊相對木板滑動撤去拉力時，木板的速度 vB aBt 4m/s, vA aAt 2m /s(2)撤去

8、F后，經(jīng)時間t2達(dá)到共同速度v；由動量定理 2mgt2 mv mvB2 2mgt21mgt2 mv mvB ,可得 t20.2s, v=2.4m/s在撤掉F之前，二者的相對位移x1 Bt1 vAt122撤去F之后，二者的相對位移X2 Bvt2 vAvt222木板長度Lx1x2 1.2 m獲得共同速度后，對木塊，有2mgxA 0 - mv2,21 2對木板有 2 mg 21mg xB 0 mv2二者的相對位移x3XaXb木塊最終離木板右端的距離 dx1x2x3 0.48m【點睛】本題綜合性很強，涉及到物理學(xué)中重要考點，如牛頓第二定律、動能定理、動量 定理、運動學(xué)公式，關(guān)鍵是明確木板和木塊的運動規(guī)

9、律和受力特點.4 .如圖1所示，質(zhì)量為M的長木板，靜止放置在粗糙水平地面上，有一個質(zhì)量為m、可視為質(zhì)點的物塊，以某一水平初速度 到共同速度的過程中，物塊和木板的 c、d 的坐標(biāo)為 a (0, 10)、b (0, (1)物塊相對長木板滑行的距離 (2)物塊質(zhì)量 m與長木板質(zhì)量 Mv0從左端沖上木板。從物塊沖上木板到物塊和木板達(dá)v-t圖象分別如圖2中的折線acd和bcd所示，a、b、0)、c(4, 4)、d (12, 0),根據(jù) v-t 圖象，求：s；Iv/m/sO 3 4 6 8 10 12 t/s之比。卻圖2【答案】(1) 20m (2) 3:2(1)由v-t圖象的物理意義可得，物塊在木板上滑

10、行的距離Vs= 口 4m4 4m220m(2)設(shè)物塊與木板之間的動摩擦因數(shù)明 木板和地面之間的動摩擦因數(shù)為期 物塊沖上木板做勻減速直線運動的加速度大小為a1，木板做勻加速直線運動的加速度大小為a2,達(dá)相同速度后一起勻減速直線運動的加速度大小為a,根據(jù)牛頓第二定律對物塊:以mg=ma1對木板:黑mg-p2 (m+M) g=Ma2 對整體:由圖象的斜率等于加速度可得, 由以上各式解得區(qū)(m+M) g= (M+m) a a1=1.5m/s2, a2=1m/s2, a=0.5m/s2。5 . 一長木板置于粗糙水平地面上，木板左端放置一小物塊，在木板右方有一墻壁，木板右 端與墻壁的距離為 4.5m.如圖

11、(a)所示。t=0時刻開始，小物塊與木板一起以共同速度向 右運動，直至t=1s時木板與墻壁碰撞(碰撞時間極短)。碰撞前后木板速度大小不變，方向相反；運動過程中小物塊始終未離開木板。已知碰撞后1s時間內(nèi)小物塊的v-t圖線如圖(b)所示。木板的質(zhì)量是小物塊質(zhì)量的15倍，重力加速度大小 g取10m/s2。求圖(a)因3)(1)木板與地面間的動摩擦因數(shù)四 1及小物塊與木板間的動摩擦因數(shù)陽(2)木板的最小長度；【答案】(1) 0.1; 0.4 (2) 6m【解析】【分析】(1)對碰前過程由牛頓第二定律時進行分析，結(jié)合運動學(xué)公式可求得崗；再對碰后過程分析同理可求得你。(2)分別對木板和物塊進行分析，由牛頓

12、第二定律求解加速度，由運動學(xué)公式求解位移，則可求得相對位移，即可求得木板的長度；【詳解】(1)規(guī)定向右為正方向。木板與墻壁相碰前，小物塊和木板一起向右做勻變速運動，設(shè)加速度為a1，小物塊和木板的質(zhì)量分別為m和M.由牛頓第二定律有：-3(m+M) g= (m+M) a1由圖可知，木板與墻壁碰前瞬間速度V1=4m/s,由運動學(xué)公式得：V1=vo+at1 ,1.2 公so= vot1 + a1t1/2式中，t1=1s, so=4.5m是木板碰前的位移，vo是小木塊和木板開始運動時的速度。聯(lián)立式和題給條件得：因=0.1 在木板與墻壁碰撞后，木板以 -V1的初速度向左做勻變速運動，小物塊以V1的初速度向

13、右做勻變速運動。設(shè)小物塊的加速度為a2,由牛頓第二定律有：-2mg=ma2V2 V1 由圖可得：a2= t2 t1式中，t2=2s, V2=0,聯(lián)立式和題給條件得：口=0.4 (2)設(shè)碰撞后木板的加速度為a3,經(jīng)過時間叢,木板和小物塊剛好具有共同速度V3.由牛頓第二定律及運動學(xué)公式得：因mg+(11 (M+m) g=Ma3V3=-V1+a3 v3=v1+a2At 碰撞后至木板和小物塊剛好達(dá)到共同速度的過程中，木板運動的位移為：S1 =Vl V3t （11）2小物塊運動的位移為：S2= v一v3-義(12)2小物塊相對木板的位移為：As=S?+si(13)聯(lián)立(11) (12) ( 13)式，并

14、代入數(shù)值得：s=6.0m因為運動過程中小物塊沒有脫離木板，所以木板的最小長度應(yīng)為6.0m。6.如圖所示，在足夠高的光滑水平臺面上靜置一質(zhì)量為m的長木板A,木板A右端用輕繩繞過光滑的輕質(zhì)定滑輪與質(zhì)量也為m的物體C連接.當(dāng)C從靜止開始下落距離 h時，在木板A的最右端輕放一質(zhì)量為 4m的小鐵塊B (初速度為0,可視為質(zhì)點)，最終 B恰好未 從A上滑落，A、B間的動摩擦因數(shù) 科=0.25.最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，重力加速度 為g.計算：(1) C由靜止下落距離h時，木板A的速度大小va；(2)木板A的長度L;(3)若當(dāng)鐵塊B輕放在木板A最右端的同時，對 B加一水平向右的恒力 F= 7mg,其他條

15、件不變，計算B滑出A時B的速度大小Vb.【答案】(1)2h (3) |7gh【解析】【詳解】(1)對A C分析，有mg =2ma12-,Va 2ah解得Va gh(2) B放在A上后，設(shè)A、C仍一起加速，則mg 4mgr 2ma2解得a2= 0即B放在A上后，A、C以速度va勻速運動.此時，B勻加速運動，加速度aB1 =4 mg g4m設(shè)經(jīng)過時間ti, B的速度達(dá)到VA,且B剛好運動至木板 A的左端 則有va= aBiti木板A的長度1,l_= Sac_ Sb= vAti - - VaL解得(3)加上力F后，B的速度達(dá)到_= 2hVA前，A和C仍勻速，B仍加速，此時B的加速度F 4 mge a

16、B2= 2 g4m加速時間+Va.ght2aB2 2gB相對A的位移1 hS Sa Sb VAt2VAt2 2 4A、B共速后都向右加速，設(shè)經(jīng)時間 t3, B滑出A.有32g對B有F 4 mgaB3=4mmg 4 mgaAc= g2mB相對A的位移解得1. 2 ,二 aACt3 )2B滑出A時的速度VB= VA+ aB3 t3 =7 .如圖所示，在豎直平面內(nèi)有一傾角9=37。的傳送帶BC.已知傳送帶沿順時針方向運行的速度v=4 m/s , B、C兩點的距離L=6 m。一質(zhì)量m=0.2kg的滑塊(可視為質(zhì)點)從傳送帶上 端B點的右上方比B點高h(yuǎn)=0. 45 m處的A點水平拋出，恰好從 B點沿BC

17、方向滑人傳送 帶，滑塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)月0.5,取重力加速度 g=10m/s2 , sin37 = 0.6, cos37 =0.8。求:(1)滑塊水平拋出時的速度 V0；(2)在滑塊通過傳送帶的過程中，傳送帶和滑塊克服摩擦力做的總功W.【答案】(1) vo=4m/s (2)W=8J【解析】(1)滑塊做平拋運動在 B點時豎直方向的分速度為：“產(chǎn) 呵'平拋后恰好沿BC方向滑人傳送帶，可知B點的平拋速度方向與傳送帶平行,ton8=由幾何關(guān)系及速度分解有:解得： ,(2)滑塊在B點時的速度大小為滑塊從B點運動到C點過程中，由牛頓第二定律有: 可得加速度&二2m設(shè)滑塊到達(dá)C點時的速

18、度大小為VC,有：1此一嗚= 解得：此過程所經(jīng)歷的時間為:VC - Vy-=h故滑塊通過傳送帶的過程中，以地面為參考系，滑塊的位移 xi=L=6m,傳送帶的位移X2=vt=4m；傳送帶和滑塊克服摩擦力所做的總功為：代入數(shù)據(jù)解得：【點睛】此題需注意兩點，(1)要利用Vt塊沿BC射入來求解滑塊到 B點的速度；(2)計算摩擦力對物 體做的功時要以地面為參考系來計算位移。8 .如圖所示，質(zhì)量均為 m 3kg的物體A、B緊挨著放置在粗糙的水平面上，物體 A的右 側(cè)連接勁度系數(shù)為 k 100N/m的輕質(zhì)彈簧，彈簧另一端固定在豎直墻壁上，開始時兩物體壓緊彈簧并恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)對物體B施加水平向左白拉力，

19、使 A和B整體向左做勻加速運動，加速度大小為 a 2m/s2 ,直至B與A分離。已知兩物體與水平面間的動摩 擦因數(shù)均為 0.5 ,兩物體與水平面之間的最大靜摩擦力均與滑動摩擦力相等，取重力加速度g 10m/s2,求：(1)靜止時，物體 A對B的彈力大??；(2)水平向左拉力 F的最大值；(3)物體A、B開始分離時的速度。卜-B A【答案】(1)靜止時，物體 A對B的彈力大小為15N (2)水平向左拉力F的最大值為 21N (3)物體A、B開始分離時的速度為 0.6m/s?！窘馕觥俊驹斀狻?1)開始時，彈簧壓緊，AB兩物體恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)，AB整體作為研究對象，則有在水平方向，由平衡條件得：F 彈

20、=(m+ m)g對A進行受力分析，在水平方向則有：F 彈=mg Fba聯(lián)立以上兩式可得：Fbamg 0.5 3 10 15NB對A的作用力和A對B的作用力是作用力和反作用力，故有：Fab Fba 15N(2)物體A、B分離時，F(xiàn)最大，對物體B,由牛頓第二定律得：F最大-mg = ma代入數(shù)據(jù)解得：F最大=21N(3)物體A、B靜止時，彈簧壓縮的距離為X0,對A、B系統(tǒng)，由平衡條件得:kx0 = ?2mg物體A、B開始分離時，對物體 A,由牛頓第二定律：kx mg ma從靜止到物體 A和B分離，物體運動的位移為：x x0 X根據(jù)勻變速運動的規(guī)律得： 2 v = 2a x代入數(shù)據(jù)解得:v 0.6m

21、/s9 .風(fēng)洞實驗室中可產(chǎn)生水平方向的，大小可調(diào)節(jié)的風(fēng)力.現(xiàn)將一套有球的細(xì)直桿放入風(fēng)洞 實驗室.小球孔徑略大于細(xì)桿直徑.如圖所示.(1)當(dāng)桿水平固定時，調(diào)節(jié)風(fēng)力的大小，使小球在桿上做勻速運動，這時小球所受的風(fēng)力為小球所受重力的0.5倍，求小球與桿間的動摩擦因數(shù).(2)保持小球所受風(fēng)力不變，使桿與水平方向夾角為37并固定，則小球從靜止出發(fā)在細(xì)桿上滑下距離s=3.75m所需時間為多少？ ( sin37 =0.6, cos37°=0.8)【答案】(1) 0.5 (2) 1s【解析】(1)小球做勻速直線運動，由平衡條件得：0.5mg=mg,則動摩擦因數(shù) 科=0.5(2)以小球為研究對象，在垂

22、直于桿方向上，由平衡條件得：Lc L cr 0cr 0FN 0.5mg sin 37 mg cos37CC 0. c 0L0.5mg cos37 mg sin 37 FN ma在平行于桿方向上，由牛頓第二定律得: 代入數(shù)據(jù)解得：a=7.5m/s2小球做初速度為零的勻加速直線運動，由位于公式得：s=- at22運動時間為t 滬 J2魯s 1s；【點睛】此題是牛頓第二定律的應(yīng)用問題，對小球進行受力分析是正確解題的前提與關(guān)鍵，應(yīng)用平 衡條件用正交分解法列出方程、結(jié)合運動學(xué)公式即可正確解題.10 .某糧倉為了把大米送到一定高度處的儲藏間，鋪設(shè)如圖所示的傳輸裝置，其中AB為長度L1=4m的水平傳送帶，CD為長度L2=9m、傾角0 =37的傾斜傳送帶，兩傳送帶的運行 速度可調(diào)