高考物理牛顿运动定律的应用解题技巧分析及练习题(含答案)

高考物理牛顿运动定律的应用解题技巧分析及练习题(含答案)
一、高中物理精讲专题测试牛顿运动定律的应用
1．如图，有一质量为M=2kg的平板车静止在光滑的水平地面上，现有质量均为m=1kg的小物块A和B（均可视为质点），由车上P处开始，A以初速度=2m/s向左运动，同时B 以=4m/s向右运动，最终A、B两物块恰好停在小车两端没有脱离小车，两物块与小车间的动摩擦因数都为μ=0.1，取，求：
（1）开始时B离小车右端的距离；
（2）从A、B开始运动计时，经t=6s小车离原位置的距离。

【答案】（1）B离右端距离（2）小车在6s内向右走的总距离：
【解析】(1)设最后达到共同速度v，整个系统动量守恒，能量守恒
解得：，
A离左端距离，运动到左端历时，在A运动至左端前，木板静止
，，
解得
B离右端距离
(2)从开始到达共速历时，，，
解得
小车在前静止，在至之间以a向右加速：
小车向右走位移
接下来三个物体组成的系统以v共同匀速运动了
小车在6s内向右走的总距离：
【点睛】本题主要考查了运动学基本公式、动量守恒定律、牛顿第二定律、功能关系的直接应用，关键是正确分析物体的受力情况，从而判断物体的运动情况，过程较为复杂.
2．如图所示，质量为m=2kg的物块放在倾角为θ=37°的斜面体上，斜面质量为M=4kg，地面光滑，现对斜面体施一水平推力F，要使物块m相对斜面静止，求：（取
sin37°=0.6，cos37°=0.8，g=10m/s2）
（1）若斜面与物块间无摩擦力，求m加速度的大小及m受到支持力的大小；
（2）若斜面与物块间的动摩擦因数为μ=0.2，已知物体所受滑动摩擦力与最大静摩擦力相等，求推力F的取值．（此问结果小数点后保留一位）
【答案】（1）7.5m/s2；25N （2）28.8N≤F≤67.2N
【解析】
【分析】
(1)斜面M、物块m在水平推力作用下一起向左匀加速运动，物块m的加速度水平向左，合力水平向左，分析物块m的受力情况，由牛顿第二定律可求出加速度a和支持力．(2)用极限法把F推向两个极端来分析：当F较小（趋近于0）时，由于μ＜tanθ，因此物块将沿斜面加速下滑；若F较大（足够大）时，物块将相对斜面向上滑，因此F不能太小，也不能太大，根据牛顿第二定律，运用整体隔离法求出F的取值范围．
【详解】
(1)由受力分析得：物块受重力，斜面对物块的支持力，合外力水平向左．
根据牛顿第二定律得：
mgtanθ=ma
得a=gtanθ=10×tan37°=7.5m/s2
m受到支持力
20
N=25N cos cos37
N
mg
F
θ
==
︒
(2)设物块处于相对斜面向下滑动的临界状态时的推力为F1，此时物块的受力如下图所示:
对物块分析，在水平方向有Nsinθ﹣μNcosθ=ma1
竖直方向有Ncosθ+μNsinθ﹣mg=0
对整体有 F1=（M+m）a1
代入数值得a1=4.8m/s2 ，F1=28.8N
设物块处于相对斜面向上滑动的临界状态时的推力为F2，
对物块分析，在水平方向有 N ′sin θ﹣μN′cos θ=ma 2 竖直方向有 N ′cos θ﹣μN ′sin θ﹣mg =0 对整体有 F 2=（M +m ）a 2 代入数值得a 2=11.2m/s 2 ，F 2=67.2N
综上所述可以知道推力F 的取值范围为：28.8N≤F ≤67.2N ． 【点睛】
解决本题的关键能够正确地受力分析，抓住临界状态，运用牛顿第二定律进行求解，注意整体法和隔离法的运用．
3．如图，质量分别为m A =2kg 、m B =4kg 的A 、B 小球由轻绳贯穿并挂于定滑轮两侧等高H =25m 处，两球同时由静止开始向下运动，已知两球与轻绳间的最大静摩擦力均等于其重力的0.5倍，且最大静摩擦力等于滑动摩擦力．两侧轻绳下端恰好触地，取g =10m/s 2，不计细绳与滑轮间的摩擦，求：,
(1)A 、B 两球开始运动时的加速度． (2)A 、B 两球落地时的动能． (3)A 、B 两球损失的机械能总量．
【答案】（1）2
5m/s A a =27.5m/s B a = （2）850J kB E = （3）250J
【解析】 【详解】
(1)由于是轻绳,所以A 、B 两球对细绳的摩擦力必须等大，又A 得质量小于B 的质量，所以两球由静止释放后A 与细绳间为滑动摩擦力，B 与细绳间为静摩擦力，经过受力分析可得：
对A ：A A A A m g f m a -= 对B ：B B B B m g f m a -=
A B f f = 0.5A A f m g =
联立以上方程得：2
5m/s A a = 27.5m/s B a =
(2)设A 球经t s 与细绳分离，此时，A 、B 下降的高度分别为h A 、h B ，速度分别为V A 、V B ，因为它们都做匀变速直线运动 则有：212A A h a t =
21
2
B B h a t = A B H h h =+ A A V a t = B B V a t =
联立得：2s t =，10m A h =，
15m B h =，10m/s A V =，15m/s B V =
A 、
B 落地时的动能分别为kA E 、kB E ，由机械能守恒，则有：
21()2kA A A A A E m v m g H h =
+- 400J kA E = 2
1()2kB B B B B E m v m g H h =+- 850J kB E =
(3)两球损失的机械能总量为E ∆，()A B kA kB E m m gH E E ∆=+-- 代入以上数据得：250J E ∆= 【点睛】
(1)轻质物体两端的力相同,判断A 、B 摩擦力的性质，再结合受力分析得到． （2）根据运动性质和动能定理可得到． (3)由能量守恒定律可求出．
4．皮带传输装置示意图的一部分如下图所示,传送带与水平地面的夹角37θ=︒，A 、B 两端相距12m,质量为M=1kg 的物体以0v =14.0m/s 的速度沿AB 方向从A 端滑上传送带,物体与传送带间的动摩擦因数为0.5，传送带顺时针运转动的速度v =4.0m/s(g 取210/m s )，试求:
(1)物体从A 点到达B 点所需的时间；
(2)若物体能在传送带上留下痕迹,物体从A 点到达B 点的过程中在传送带上留下的划痕长度．
【答案】（1）2s （2）5m 【解析】 【分析】
（1）开始时物体的初速度大于传送带的速度，根据受力及牛顿第二定律求出物体的加速度，当物体与传送带共速时，求解时间和物体以及传送带的位移；物体与传送带共速后，物体向上做减速运动，根据牛顿第二定律求解加速度，几何运动公式求解到达B 点的时间以及传送带的位移；
（2）开始时物体相对传送带上滑，后来物体相对传送带下滑，结合位移关系求解划痕长度. 【详解】
（1）物体刚滑上传送带时因速度v 0=14.0m/s 大于传送带的速度v=4m/s ，则物体相对斜面向上运动，物体的加速度沿斜面向下，根据牛顿第二定律有：Mgsin θ+μMgcos θ=Ma 1 解得：a 1=gsin θ+μgcos θ=10m/s 2 当物体与传送带共速时：v 0-at 1=v
此过程中物体的位移01192
v v
x t m +=
= 传送带的位移：214x vt m ==
当物体与传送带共速后，由于μ=0.5<tan370=0.75，则物体向上做减速运动，加速度为：Mgsin θ-μMgcos θ=Ma 2 解得a 2=2m/s 2
物体向上减速运动s 1=L-x 1=3m
根据位移公式：s 1=vt 2-1
2
a 2t 22 解得：t 2=1 s （t 2=3 s 舍去）
则物体从A 点到达B 点所需的时间：t=t 1+t 2=2s （2）物体减速上滑时，传送带的位移：224s vt m == 则物体相对传送带向下的位移211s s s m ∆=-=
因物体加速上滑时相对传送带向上的位移为：125x x x m ∆=-= 则物体从A 点到达B 点的过程中在传送带上留下的划痕长度为5m ． 【点睛】
此题是牛顿第二定律在传送带问题中的应用问题；关键是分析物体的受力情况，根据牛顿第二定律求解加速度，根据运动公式求解时间和位移等；其中的关键点是共速后物体如何运动.
5．如图所示，从A 点以v 0=4m/s 的水平速度抛出一质量m =1kg 的小物块（可视为质点），当物块运动至B 点时，恰好沿切线方向进入固定在地面上的光滑圆弧轨道BC ，其中轨道C 端切线水平。

小物块通过圆弧轨道后以6m/s 的速度滑上与C 点等高、静止在粗糙水平面的长木板M 上．已知长木板的质量M =2kg ，物块与长木板之间的动摩擦因数μ1=0.5，长木板与地面间的动摩擦因数μ2=0.1，OB 与竖直方向OC 间的夹角θ=37°，取g =10m/s 2，sin37°=0.6，cos37°=0.8，则：
(1)求小物块运动至B 点时的速度；
(2)若小物块恰好不滑出长木板，求此情景中自小物块滑上长木板起、到它们最终都停下来的全过程中，它们之间的摩擦力做功的代数和？ 【答案】(1) 0
5m/s cos B v v θ
=
= 过B 点时的速度方向与水平方向成37度 (2) 12=15J W W W +=-总
【详解】
（1）分解v B ，得：0
cos x y
y
v v v v θ== 变形得：0
5m/s cos B v v θ
=
= 过B 点时的速度方向与水平方向成37°
（2）因()125N>3N mg M m g μμ=+=，故木板将在地面上滑行，则
对小物块有：11mg ma μ=，得 2
15m/s a = 对长木板有：()22M m g Ma μ+=，得 2
21m/s a =
设它们经过时间t ，共速v 共，则有：
12=C v v a t a t 共-=，
解得：1t s =，=1m/s v 共 则对小物块在相对滑动有：1 3.5m 2C v v x t +=⋅=共
， 故11117.5J W mgx μ=-=- 则对长木板在相对滑动有：200.5m 2
v x t +=⋅=共
， 故212 2.5J W mgx μ==
共速后，假设它们一起减速运动，对系统有：()()2M m g M m a μ+=+共，
21m/s a 共=，则它们间的摩擦力1f ma mg μ=<共，所以假设成立，之后它们相对静止一
起滑行至停下，此过程中它们间的静摩擦力对堆放做功一定大小相等、一正一负，代数和为零.
综上所述，自小物块滑上长木板起，到它们最终停下来的全过程中，它们之间的摩擦力做功的代数和12=15J W W W +=-总
6．如图甲所示，有一倾角为37°的光滑固定斜面，斜面底端的水平面上放一质量为M 的木板。

开始时质量为m ＝2 kg 的滑块在水平向左的力F 作用下静止在斜面上，现将力F 变为水平向右，当滑块滑到木板上时撤去力F ，木块滑上木板的过程不考虑能量损失。

此后滑块和木板在水平面上运动的v －t 图象如图乙所示，g ＝10 m/s 2。

求：
(1)水平作用力F的大小；
(2)滑块开始下滑时的高度；
(3)木板的质量。

【答案】（1）15N（2）2.5m（3）3kg
【解析】
【分析】
（1）对滑块受力分析，由共点力的平衡条件可得出水平作用力的大小；
（2）根据图乙判断滑块滑到斜面底部的速度，由牛顿第二定律求出加速度，从而根据在斜面上的位移和三角关系求出下滑时的高度。

（3）根据摩擦力的公式求出地面和木板间的摩擦力，根据牛顿第二定律求出滑块和木板间的摩擦力，进而根据牛顿第二定律求出木板的质量。

【详解】
（1）滑块受到水平推力F、重力mg和支持力N处于平衡，如图所示，
水平推力：F=mgt anθ=2×10×0.75N=15N
（2）由图乙知，滑块滑到木板上时速度为：v1=10m/s
设下滑的加速度为a，由牛顿第二定律得：mgsinθ+Fcosθ=ma
代入数据得：a=12m/s2
则下滑时的高度：
2
1
100
·0.6 2.5
224
v
h sin m m
a
θ
=⨯=
＝
（3）设在整个过程中，地面对木板的摩擦力为f，滑块与木板间的摩擦力为f1
由图乙知，滑块刚滑上木板时加速度为：a1＝
210
20
v
t
V
V
＝
-
-
＝−4m/s2
对滑块：f1=ma1①
此时木板的加速度：a2＝
20
20
v
t
-
-
V
V
＝＝1m/s2
对木板： f1-f=Ma2②
当滑块和木板速度相等，均为：v=2m/s，之后连在一起做匀减速直线运动，加速度为：
a3=02
42
-
-
m/s2=-1m/s2
当滑块和木板速度相等后连在一起做匀减速直线运动，受到的摩擦力：
f =（M+m）a3③
联立①②③代入数据解得：M=3kg
【点睛】
本题考查斜面上力的合成与分解，和牛顿第二定律的应用，关键是分析物理过程，从v-t 图像中获取信息求解加速度。

7．如图所示，一质量M=40kg、长L=2.5m的平板车静止在光滑的水平地面上. 一质量
m=10kg可视为质点的滑块，以v0=5m/s的初速度从左端滑上平板车，滑块与平板车间的动摩擦因数μ=0.4，取g=10m/s2.
（1）分别求出滑块在平板车上滑行时，滑块与平板车的加速度大小；
（2）计算说明滑块能否从平板车的右端滑出.
【答案】（1），（2）恰好不会从平板车的右端滑出．
【解析】
根据牛顿第二定律得
对滑块，有，
解得
对平板车，有，
解得．
设经过t时间滑块从平板车上滑出滑块的位移为：
．
平板车的位移为：
．
而且有
解得：
此时，
所以，滑块到达小车的右端时与小车速度相等，恰好不会从平板车的右端滑出．
答：滑块与平板车的加速度大小分别为和．
滑块到达小车的右端时与小车速度相等，恰好不会从平板车的右端滑出．
点睛：对滑块受力分析，由牛顿第二定律可求得滑块的加速度，同理可求得平板车的加速度；
由位移关系可得出两物体位移间相差L时的表达式，则可解出经过的时间，由速度公式可求得两车的速度，则可判断能否滑出．
8．下暴雨时，有时会发生山体滑坡或泥石流等地质灾害．某地有一倾角为θ=37°
（sin37°=）的山坡C，上面有一质量为m的石板B，其上下表面与斜坡平行；B上有一
碎石堆A（含有大量泥土），A和B均处于静止状态，如图所示．假设某次暴雨中，A浸透雨水后总质量也为m（可视为质量不变的滑块），在极短时间内，A、B间的动摩擦因数
μ1减小为，B、C间的动摩擦因数μ2减小为0.5，A、B开始运动，此时刻为计时起点；
在第2s末，B的上表面突然变为光滑，μ2保持不变．已知A开始运动时，A离B下边缘的距离l=27m，C足够长，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力．取重力加速度大小
g=10m/s2．求：
（1）在0~2s时间内A和B加速度的大小；
（2）A在B上总的运动时间．
【答案】（1）a1=3m/s2； a2=1m/s2；（2）4s
【解析】
本题主要考查牛顿第二定律、匀变速运动规律以及多物体多过程问题；
（1）在0-2s内，A和B受力如图所示
由滑动摩擦力公式和力的平衡条件得:
⑴
...⑵
⑶
⑷
以沿着斜面向下为正方向，设A和B的加速度分别为，由牛顿第二定律可得：
⑸
⑹
联立以上各式可得a1=3m/s2⑺
a2=1m/s2..⑻
（2）在t1=2s，设A和B的加速度分别为，则
v1=a1t1=6m/s ⑼
v2=a2t1=2m/s ⑽
t>t1时，设A和B的加速度分别为，此时AB之间摩擦力为零，同理可得：⑾
⑿
即B做匀减速，设经时间，B的速度减为零，则：
⒀
联立⑽⑿⒀可得t2=1s ..⒁
在t1+t2时间内，A相对于B运动的距离为
⒂
此后B静止不动，A继续在B上滑动，设再经时间后t3，A离开B，则有
可得,t3=1s（另一解不合题意，舍去，）
则A在B上的运动时间为t总.
t总=t1+t2+t3=4s
（利用下面的速度图象求解，正确的，参照上述答案信参考给分）
【考点定位】牛顿第二定律；匀变速直线运动；
【方法技巧】本题主要是考察多过程问题，要特别注意运动过程中摩擦力的变化问题．要特别注意两者的运动时间不一样的，也就是说不是同时停止的．
9．质量为m的长木板静止在水平地面上，质量同样为m的滑块（视为质点）以初速度v0从木板左端滑上木板，经过0.5s滑块刚好滑到木板的中点，下右图为滑块滑上木板后的速度时间图像，若滑块与木板间动摩擦因数为μ1，木板与地面间的动摩擦因数为μ2，求：
（1）μ1、μ2各是多少？
（2）滑块的总位移和木板的总长度各是多少？
【答案】（1）0.6；0.2（2）1.5m,2.0m
【解析】
【详解】
（1）设0.5s 滑块的速度为v 1，由v-t 图像可知:v 0=4m/s v 1=1m/s
滑块的加速度 20116/v v a m s t
-== 木板的加速度大小2122/v a m s t =
= 对滑块受力分析根据牛顿定律：μ1mg=ma 1
所以μ1=0.6
对木板受力分析：μ1mg-μ2∙2mg= ma 2
解得 μ2=0.2
（2）0.5s 滑块和木板达到共同速度v 1，假设不再发生相对滑动则2ma 3=μ2∙2mg 解得a 3=2m/s 2 因ma 3=f<μ1mg
假设成立，即0.5s 后滑块和木板相对静止，滑块的总位移为s 1则
201111
22v v v s t a +=+ 解得s 1=1.5m
由v-t 图像可知011222
v v v L s t +∆=
=- 所以木板的长度 L=2.0m
10．如图所示，倾角30θ=o 的光滑斜面的下端有一水平传送带，斜面和传送带相接处有一小段光滑圆弧物体经过A 点时，无论是从斜面到传送带还是从传送带到斜面，其速率都不发生变化．传送带以4/v m s =的速度顺时针转动，一个质量为1kg 的物体(可视为质点)从 1.8h m =高处由静止开始沿斜面下滑，物体与传送带间的动摩擦因数04μ=，传送带
左右两端A 、B 间的距离7AB L m =，重力加速度210/.g m s =求：
()1物体第一次由静止沿斜面下滑到斜面末端速度；
()2物体在传送带上距B 点的最小距离；
()3物体第一次从距B 点最近处运动到斜面上最高点所经历的时间.
【答案】(1)1
6m /s v = (2) 2.5m x = (3)3 0.8s t = 【解析】
【分析】
(1)先根据牛顿第二定律求加速度，再由速度位移关系求到达斜面末端的速度；
(2)先由牛顿第二定律求出物体在传送带上减速的加速度，再根据速度位移关系求出速度减为0时向右运动的位移，即可得出离B 最近的距离；
(3)由前的分析可判断出物体先做匀加速运动，再做匀速运动，最后沿斜面向上做匀减速运动，求出加速度与速度，根据速度与时间关系及位移与时间的关系即可求时间.
【详解】
（1）物体沿光滑斜面下滑，由牛顿第二定律得：1sin mg ma θ=
解得：215/a m s = 由几何关系沿光滑斜面下滑位移1cos h s θ
=
由运动学公式21112v a s = 解得物体滑到斜面末端速度16/v m s =
（2）物体在传送带上受到向右的滑动摩擦力而做匀减速直线运动，由牛顿第二定律得：2mg ma μ=
代入数据解得：224/a m s =
当物体速度减为0时物体距B 最近，有运动学公式可得：21222v a S =
解得物体距B 点的最小距离：2AB x L S =-
2.5x m =
（3）物体返回时距A 点 2 4.5S m =，仍受到向右的摩擦力，从速度为0开始做匀加速直
线运动，加速度大小为：2324/a a m s ==
若物体一直做匀加速运动，有运动对称性可知到A 点时物体速度6/A v m s =大于传送带速度4/v m s =，故物体先做匀加速直线运动，达到速度v 后匀速运动，到达A 点速度4/A v v m s ==
物体沿斜面上升过程中，加速度大小仍为1a
物体做匀加速直线运动31v a t = 匀加速直线运动位移233112s a t =
解得11t s = 32s m =
匀速运动 232s s vt -=
解得20.625t s =
物体沿斜面匀减速上升13v a t =
解得30.8t s =
物体第一次从距B 点最近处运动到斜面上最高点所经历的时间： 123 2.425t t t t s =++=。