高考物理直线运动试题(有答案和解析)

高考物理直线运动试题(有答案和解析)
一、高中物理精讲专题测试直线运动
1．倾角为θ的斜面与足够长的光滑水平面在D 处平滑连接，斜面上AB 的长度为3L ，BC 、
CD 的长度均为3.5L ，BC 部分粗糙，其余部分光滑。

如图，4个“— ”形小滑块工件紧挨在一起排在斜面上，从下往上依次标为1、2、3、4，滑块上长为L 的轻杆与斜面平行并与上一个滑块接触但不粘连，滑块1恰好在A 处。

现将4个滑块一起由静止释放，设滑块经过D 处时无机械能损失，轻杆不会与斜面相碰。

已知每个滑块的质量为m 并可视为质点，滑块与粗糙面间的动摩擦因数为tan θ，重力加速度为g 。

求
（1）滑块1刚进入BC 时，滑块1上的轻杆所受到的压力大小； （2）4个滑块全部滑上水平面后，相邻滑块之间的距离。

【答案】（1）3sin 4
F mg θ=（2）43d L =
【解析】 【详解】
（1）以4个滑块为研究对象，设第一个滑块刚进BC 段时，4个滑块的加速度为a ，由牛顿第二定律：4sin cos 4mg mg ma θμθ-⋅=
以滑块1为研究对象，设刚进入BC 段时，轻杆受到的压力为F ，由牛顿第二定律：
sin cos F mg mg ma θμθ+-⋅=
已知tan μθ= 联立可得：3
sin 4
F mg θ=
（2）设4个滑块完全进入粗糙段时，也即第4个滑块刚进入BC 时，滑块的共同速度为v 这个过程， 4个滑块向下移动了6L 的距离，1、2、3滑块在粗糙段向下移动的距离分别为3L 、2L 、L ，由动能定理，有：
21
4sin 6cos 32)4v 2
mg L mg L L L m θμθ⋅-⋅⋅++=
⋅（ 可得：v 3sin gL θ=
由于动摩擦因数为tan μθ=，则4个滑块都进入BC 段后，所受合外力为0，各滑块均以速度v 做匀速运动；
第1个滑块离开BC 后做匀加速下滑，设到达D 处时速度为v 1，由动能定理：
()22111sin 3.5v v 22
mg L m m θ⋅=
- 可得：1v 4sin gL θ=
当第1个滑块到达BC 边缘刚要离开粗糙段时，第2个滑块正以v 的速度匀速向下运动，且运动L 距离后离开粗糙段，依次类推，直到第4个滑块离开粗糙段。

由此可知，相邻两个滑块到达BC 段边缘的时间差为v L t ∆=
，因此到达水平面的时间差也为v
L
t ∆= 所以滑块在水平面上的间距为1v d t =∆ 联立解得4
3
d L =
2．如图所示，一个带圆弧轨道的平台固定在水平地面上，光滑圆弧MN 的半径为R =3.2m ，水平部分NP 长L =3.5m ，物体B 静止在足够长的平板小车C 上，B 与小车的接触面光滑，小车的左端紧贴平台的右端．从M 点由静止释放的物体A 滑至轨道最右端P 点后再滑上小车，物体A 滑上小车后若与物体B 相碰必粘在一起，它们间无竖直作用力．A 与平台水平轨道和小车上表面的动摩擦因数都为0.4，且最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等．物体A 、B 和小车C 的质量均为1kg ，取g =10m/s 2．求
(1)物体A 进入N 点前瞬间对轨道的压力大小？ (2)物体A 在NP 上运动的时间？ (3)物体A 最终离小车左端的距离为多少？
【答案】(1)物体A 进入N 点前瞬间对轨道的压力大小为30N ； (2)物体A 在NP 上运动的时间为0.5s (3)物体A 最终离小车左端的距离为3316
m 【解析】
试题分析：（1）物体A 由M 到N 过程中，由动能定理得：m A gR=m A v N 2 在N 点，由牛顿定律得 F N -m A g=m A 联立解得F N =3m A g=30N
由牛顿第三定律得，物体A 进入轨道前瞬间对轨道压力大小为：F N ′=3m A g=30N （2）物体A 在平台上运动过程中 μm A g=m A a L=v N t-at 2
代入数据解得 t=0.5s t=3.5s(不合题意，舍去) （3）物体A 刚滑上小车时速度 v 1= v N -at=6m/s
从物体A 滑上小车到相对小车静止过程中，小车、物体A 组成系统动量守恒，而物体B 保持静止 (m A + m C )v 2= m A v 1 小车最终速度 v 2=3m/s
此过程中A 相对小车的位移为L 1，则
2211211222mgL mv mv μ=-⨯解得：L 1＝94
m
物体A 与小车匀速运动直到A 碰到物体B ，A ，B 相互作用的过程中动量守恒： (m A + m B )v 3= m A v 2
此后A ，B 组成的系统与小车发生相互作用，动量守恒，且达到共同速度v 4 (m A + m B )v 3+m C v 2=" (m"A +m B +m C ) v 4 此过程中A 相对小车的位移大小为L 2，则
222223*********mgL mv mv mv μ=+⨯-⨯解得：L 2＝
316
m 物体A 最终离小车左端的距离为x=L 1-L 2=
3316
m 考点：牛顿第二定律；动量守恒定律；能量守恒定律.
3．如图所示为一风洞实验装置示意图，一质量为1kg 的小球套在一根固定的直杆上，直杆与水平面夹角θ为370.现小球在F =20N 的竖直向上的风力作用下，从A 点静止出发向上运动，已知杆与球间的动摩擦因数=0.5μ.( sin370.6o =, cos370.8o =，g=10m/s 2)，求:
(1)小球运动的加速度a 1大小？
(2)若F 作用3s 后小球到达B 点,此时使风力大小不变，方向立即改为水平向左.则从改变风力F 开始计时，小球经多长时间将回到B 点？ 【答案】（1）2m/s 2；（2）0．54s ． 【解析】
（1）在风力F 作用时有：（F-mg ）sin37°-μ（F-mg ）cos37°=ma 1 a 1=2 m/s 2 方向沿杆向上
（2）3s 时小球速度：v=a 1t 1=6m/s 风力方向改为水平向左后,小球加速度为a 2, 沿杆方向：-mgsin37°-F cos37°-μN=ma 2 N+mg cos37°=F sin37° 解得：a 2=-24 m/s 2
经过时间t 2到达最高点，t 2=2
v a =0.25s
此处距B 点的位移为：s=0
2
v
+t 2=0.75m 小球下滑时的加速度为a 3，有：mgsin37°+Fcos37°-μN 2=ma 3 解得：a 3=18m/s 2
下滑到B 点的时间为t 3, 则x=1
2
a 3t 32
解得：3t =
所以t=t 2+t 3=0.54s
4．一辆值勤的警车停在公路当警员发现从他旁边以10m/s 的速度匀速行驶的货车有违章行为时,决定去拦截,经5s 警车发动起来,以a =22m/s 加速度匀加速开出维持匀加速运动,能达到的最大速度为20m/s, 试问：
(1)在警车追上货车之前,两车间的最大距离是多少? (2) 警车要多长时间才能追上违章的货车? 【答案】(1)75m(2)15s 【解析】 【详解】
（1）两车速度相同时间距最大 设警车用时t 1
v 货=at 1
得t 1= 5s 间距Δx =V 1（t 1+5 ）-
1
02
v +t 1 =75m （2）设经t 2时间警车达到最大速度v 2=20m/s v 2=a t 2
得t 2=10s 此时
2
20100m 2
v x t +=
=警 x 货= v 1（t 2+5）=150m
由于x 警< x 货,所以追不上 设警车经时间t 追上
2
02
v +t 2+ v 2（t - t 2）= v 1（t +5） 得t =15s
5．甲、乙两辆车在相邻的两条平行直轨道上同向匀速行驶，甲车的速度为v 1＝16m/s ，乙
车的速度为v2＝l2m/s，乙车在甲车的前面．当两车相距L＝6m时，两车同时开始刹车，从此时开始计时，甲车以a1＝2m/s2的加速度刹车，7s后立即改做匀速运动：乙车刹车的加速度为a2＝lm/s2．求：
（1）在哪些时刻两车速度相等？
（2）两车有几次相遇？在哪些时刻两车相遇？
【答案】（1）4s和8s （2）3次，2s、6s、10s
【解析】
(1)设刹车后经过t时间两车速度相等，则有：v1-a1t=v2-a2t
解得：t=4s
6s后甲车匀速，则速度：v= v1-a1t1=4m/s
两车速度再次相等时，则有：v=v2-a2t′
解得：t′=8s
(2)在甲减速时，设经时间t相遇，甲和乙的位移分别为x1、x2，则有:x1=v1t-1
2
a1t2
x2=v2t-1
2
a2t2
又有：x1-x2=L
解得：t1=2s或t2=6s
甲车减速时间恰好为6s，即在甲车减速阶段，相遇两次，第一次t1=2s，第二次t2=6s 第二次相遇时甲车的速度为：v′1=v1-a1t2=4m/s
乙车的速度为：v′2=v2-a2t2=6m/s
设再经Δt甲追上乙，则有：v′1Δt=v′2Δt-1
2
a2(Δt)2
代入数据解得：Δt=4s
此时乙仍在做减速运动，此解成立，所以甲、乙两车第3次相遇，相遇时刻
为：t3=t2+Δt=10s
点睛：本题中涉及运动情境较为复杂，为比较麻烦的追及相遇问题，要结合位移关系和速度关系并联系实际运动情境加以解决，难度较大．
6．一辆值勤的警车停在公路边，当警员发现从他旁边以10m/s的速度匀速行驶的货车严重超载时，决定前去追赶，经过5s后警车发动起来，并以2m/s2的加速度做匀加速运动，并尽快追上货车，但警车的行驶速度必须控制在108km/h以内．问：
（1）警车在追赶货车的过程中，两车间的最大距离是多少？
（2）求出警车发动后至少要多长时间才能追上货车？
【答案】（1）90m（2）12.5s
【解析】
【分析】
【详解】
()1当两车速度相同时距离最大
可得警车达到10/m s 的时间；14t s = 在这段时间警车的位移221111
2.542022
x at m =
=⨯⨯= 货车相对于出发点的位移()21074110x m =+= 两车间的最大距离90x m =V
()2108/30/km h m s =；
由v at =
可得警车达到最大速度的时间212t s = 此时警车的位移2
3211802
x at m =
= 货车相对于出发点的位移()410712190x m =+= 由于警车的位移小于货车的位移，所以仍末追上 设再经过3t 追上，则()23010190180t -=- 得30.5t s =
则总时间为2312.5t t t s =+= 则警车发动后经过12.5s 才能追上． 故本题答案是：（1）90m （2）12.5s
7．如图所示，质量为m=1kg 的滑块，在水平力F 作用下静止在倾角为θ=30°的光滑斜面上，斜面的末端处与水平传送带相接(滑块经过此位置滑上皮带时无能量损失)，传送带的运行速度为v 0=3m/s ，长为L=1.4m ，今将水平力撤去，当滑块滑到传送带右端C 时，恰好与传送带速度相同．滑块与传送带间的动摩擦因数μ=0.25，g=10m/s 2．求
(1)水平作用力F 的大小； (2)滑块开始下滑的高度h ；
(3)在第(2)问中若滑块滑上传送带时速度大于3m/s ，求滑块在传送带上滑行的整个过程中产生的热量Q ． 【答案】(1) (2)0.1 m 或0.8 m (3)0.5 J
【解析】 【分析】
解：（1）滑块受到水平推力F、重力mg和支持力F N处于平衡，如图所示：
水平推力①
解得：②
（2）设滑块从高为h处下滑，到达斜面底端速度为v下滑过程
由机械能守恒有：，解得：③
若滑块冲上传送带时的速度小于传送带速度，则滑块在带上由于受到向右的滑动摩擦力而做匀加速运动；根据动能定理有：④
解得：⑤
若滑块冲上传送带时的速度大于传送带的速度，则滑块由于受到向左的滑动摩擦力而做匀减速运动；根据动能定理有：⑥
解得：⑦
（3）设滑块在传送带上运动的时间为t，则t时间内传送带的位移：s=v0t
由机械能守恒有：⑧
⑨
滑块相对传送带滑动的位移⑩
相对滑动生成的热量⑪
⑫
8．为了安全，在公路上行驶的汽车之间应保持必要的距离．已知某公路的最高限
v=72km/h．假设前方车辆突然停止，后车司机从发现这一情况，经操纵刹车，到汽车开始减速所经历的时间(即反应时间)t =0.50s．刹车时汽车的加速度大小为4m/s2．该高速公路上汽车间的距离至少应为多少？
【答案】60 m
【解析】
试题分析：后边汽车先做匀速直线运动，再做匀减速直线运动，到前车时刚好速度减为零．
x 1=v 0t =" 20" m/s×0.50 s =" 10" m v =" 2"ax 2，得x 2=" 50" m x ≥x 1+ x 2 =" 60" m
考点：考查了匀变速直线运动规律的应用
点评：解决本题的关键知道安全距离是反应时间内匀速运动的位移和匀减速运动的位移之和．匀减速运动的位移可以通过速度位移公式求解．
9．某汽车以20m/s 的速度行驶，司机突然发现前方34m 处有危险，采取制动措施．若汽车制动后做匀减速直线运动，产生的最大加速度大小为10m/s 2，为保证安全，司机从发现危险到采取制动措施的反应时间不得超过多少？ 【答案】0.7s 【解析】 【分析】 【详解】
设反应时间不得超过t ，在反应时间内汽车的位移为S 1，汽车做匀减速至停止的位移为S 2，则有：
S 1=v 0t
20
22v S a
又
S = S 1＋S 2
解得
t =0.7s
故反应时间不得超过0.7s
10．甲、乙两车在同一水平路面上做直线运动，某时刻乙车在前、甲车在后，相距s =6m ，从此刻开始计时，乙车做初速度大小为12m/s 加速度大小为1m/s 2的匀减速直线运动，甲车运动的s -t 图象如图所示(0-6s 是开口向下的抛物线一部分，6-12s 是直线，两部分平滑相连)，
求：(1)甲车在开始计时时刻的速度v 0和加速度a (2)以后的运动过程中，两车何时相遇？ 【答案】(1)16m/s 2m/s 2 (2) 2s 6s 10s 相遇三次 【解析】
【详解】
（1）因开始阶段s-t 图像的斜率逐渐减小，可知甲车做匀减速运动；由2
012
s v t at =-，由图像可知：t =6s 时，s =60m ，则60=6v 0 -
12×a ×36；6s 末的速度68060
m/s 4m/s 116
v -=
=-；则由v 6=v 0-at 可得4=v 0-6a ；联立解得 v 0=16m/s ；a =2m/s 2
（2）若甲车在减速阶段相遇，则：220011
-
-22
v t a t s v t a t +=甲甲乙乙，带入数据解得：t 1=2s ； t 2=6s ；则t 1=2s 时甲超过乙相遇一次，t 2=6s 时刻乙超过甲第二次相遇；因以后甲以速度v 甲=4m/s 做匀速运动，乙此时以v 乙=12-6×1=6m/s 的初速度做减速运动，则相遇时满足：21
-
2
v t v t a t =甲乙乙 解得t =4s ，即在10s 时刻两车第三次相遇.。