高考物理牛顿运动定律题20套(带答案)

高考物理牛顿运动定律题20套(带答案)
一、高中物理精讲专题测试牛顿运动定律
1．在机场可以看到用于传送行李的传送带，行李随传送带一起前进运动。

如图所示，水平传送带匀速运行速度为v=2m/s，传送带两端AB间距离为s0=10m，传送带与行李箱间的动摩擦因数μ=0.2，当质量为m=5kg的行李箱无初速度地放上传送带A端后，传送到B端，重力加速度g取10m/2；求：
(1)行李箱开始运动时的加速度大小a；
(2)行李箱从A端传送到B端所用时间t；
(3)整个过程行李对传送带的摩擦力做功W。

【答案】(1) (2) (3)
【解析】
【分析】
行李在传送带上先做匀加速直线运动，当速度达到传送带的速度，和传送带一起做匀速直线运动，根据牛顿第二定律及运动学基本公式即可解题行李箱开始运动时的加速度大小和行李箱从A端传送到B端所用时间；根据做功公式求解整个过程行李对传送带的摩擦力做功；
【详解】
解：(1)行李在传送带上加速，设加速度大小为a
(2) 行李在传送带上做匀加速直线运动，加速的时间为t1
所以匀加速运动的位移为：
行李随传送带匀速前进的时间：
行李箱从A传送到B所需时间：
(3) t1传送带的的位移为：
根据牛顿第三定律可得传送带受到行李摩擦力为：
整个过程行李对传送带的摩擦力做功：
2．如图甲所示，质量为m的A放在足够高的平台上，平台表面光滑．质量也为m的物块B放在水平地面上，物块B与劲度系数为k的轻质弹簧相连，弹簧与物块A用绕过定滑轮的轻绳相连，轻绳刚好绷紧．现给物块A施加水平向右的拉力F（未知），使物块A做初
、均可视为质点．
速度为零的匀加速直线运动，加速度为a，重力加速度为,g A B
（1）当物块B 刚好要离开地面时，拉力F 的大小及物块A 的速度大小分别为多少； （2）若将物块A 换成物块C ，拉力F 的方向与水平方向成037θ=角，如图乙所示，开始时轻绳也刚好要绷紧，要使物块B 离开地面前，物块C 一直以大小为a 的加速度做匀加速度运动，则物块C 的质量应满足什么条件？（0
sin 370.6,cos370.8==） 【答案】（1）2;amg F ma mg v k
=+=（2）343C mg m g a ≥- 【解析】 【分析】 【详解】
（1）当物块B 刚好要离开地面时，设弹簧的伸长量为x ，物块A 的速度大小为v ，对物块B 受力分析有mg kx = ，得：mg
x k =． 根据22v ax =解得：22amg
v ax k
==
对物体A:F T ma -=; 对物体B:T=mg ， 解得F=ma+mg ；
（2）设某时刻弹簧的伸长量为x ．对物体C ，水平方向:1cos C F T m a θ-=，其中
1T kx mg =≤；
竖直方向：sin C F m g θ≤； 联立解得 343C mg
m g a
≥
-
3．如图甲所示，光滑水平面上有一质量为M = 1kg 的足够长木板。

板左端有一质量为m= 0.5kg 的物块（视为质点），物块与木板间的动摩擦因数为μ=0.2。

初始时物块与木板均处于静止状态，已知g = 10m/s 2,物块与木板间的最大静摩擦力与滑动摩擦力相等。

(1)若仅给木板一水平向左的初速度03/m s υ=,求物块相对木板滑动的距离；
(2)若仅给物块施加一水平向右的力F ，F 随时间t 变化的图像如图乙所示，求物块与木板最终的速度；
(3)若按（1)问中给板初速度03/m s υ=的同时，给木板施加一水平向右的恒力F = 6N ，求经多长时间物块会从木板上滑落。

【答案】（1）1.5m ；（2）物块和木板最终以0.6m/s 的速度匀速运动.（3）0.91s 【解析】 【详解】
（1）设物块与板最终达到相同的速度v ，物块在板上滑行的位移为L ，由动量守恒：
()0Mv M m v =+
由能量关系：()2201122
mgL Mv M m v μ=-+ 解得L=1.5m
（2）由题意可知，若物块和木板一起向右加速，则拉力F≤1.5N ，故在如图所示的拉力F 的作用下物块和板无法一起加速，经t 1=0.5s 时，物块的速度v 1，板的速度v 2 对物块：111Ft mgt mv μ-= 对木板：12mgt Mv μ= 解得v 1=0.8m/s ，v 2=0.5m/s ；
4．如图所示，一段平直的马路上，一辆校车从一个红绿灯口由静止开始做匀加速直线运动，经36 m 速度达到43.2 km/h ；随后保持这一速度做匀速直线运动，经过20 s ，行驶到下一个路口时，司机发现前方信号灯为红灯便立即刹车，校车匀减速直线行驶36 m 后恰好停止．
(1)求校车匀加速运动的加速度大小a 1；
(2)若校车总质量为4 500 kg ，求校车刹车时所受的阻力大小； (3)若校车内坐有一质量为30 kg 的学生，求该学生在校车加速过程中座椅对学生的作用力F 的大小．(取g ＝10 m/s 2，结果可用根式表示)
【答案】（1）22/m s （2）9000N （3）6026N 【解析】 【分析】
（1）根据匀加速运动的速度位移关系可求加速度；
（2）根据匀减速运动的速度位移关系可求加速度；根据牛顿第二定律可求阻力； （3）座椅对学生的作用力的水平分力等于mg ，F 的竖直分力的竖直分力等于重力，水平分力提供加速度．根据力的合成可求． 【详解】
(1)由匀加速直线运动公式可知v 2＝2a 1x 1， 得加速度a 1＝2 m/s 2
(2)由匀减速直线运动公式得：0－v 2＝－2a 2x 3 解得a 2＝2 m/s 2
F 阻＝Ma 2＝9000 N.
(3)匀加速运动过程中，座椅对学生的作用力为F ，F 的竖直分力等于mg ，F 的水平分力由牛顿第二定律可得F 水平＝ma 1 F ＝
()()
22
1mg ma +
得F ＝6026 N.
5．如图所示，水平地面上固定着一个高为h 的三角形斜面体，质量为M 的小物块甲和质量为m 的小物块乙均静止在斜面体的顶端．现同时释放甲、乙两小物块，使其分别从倾角为α、θ的斜面下滑，且分别在图中P 处和Q 处停下．甲、乙两小物块与斜面、水平面间的动摩擦因数均为μ.设两小物块在转弯处均不弹起且不损耗机械能，重力加速度取g.求：小物块
(1)甲沿斜面下滑的加速度； (2)乙从顶端滑到底端所用的时间；
(3)甲、乙在整个运动过程发生的位移大小之比．
【答案】(1) g(sin α－()
2sin sin cos h
g θθμθ- 【解析】 【详解】
(1) 由牛顿第二定律可得F 合=Ma 甲 Mg sin α－μ·Mg cos α=Ma 甲
a 甲=g(sin α－μcos α)
(2) 设小物块乙沿斜面下滑到底端时的速度为v ，根据动能定理得W 合=ΔE k mgh －μmgcos θ·θsin h
=212
mv v=cos 21sin gh θμ
θ⎛⎫
- ⎪⎝
⎭
a 乙=g (sin θ－μcos θ) t =
()
2sin sin cos h
g θθμθ-
(3) 如图，由动能定理得Mgh －μ·Mg cos α·
sin h
α－μ·Mg (OP －
cos sin h αα
)=0
mgh －μmg cos θ·θ
sin h
－μmg (OQ －
cos sin h θθ)=0 OP=OQ
根据几何关系得22221
1x h OP x h OQ ++甲乙
6．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 (v t +kg ) （2）1415
kmg 【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 =
v
t
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
26
F
+T -k ·2mg =2ma ， ③ 联立①②③得
T =-
13m (v
t
+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T 1，则有：
26
F '
+T 1-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T 2， 则有：
5
F '
+T 2-k ·2mg =0， ⑦ 联立⑤⑥⑦得
T 1=-
13kmg T 2=3
5
kmg 因此作用力变化
ΔT =T 2-T 1=
1415
kmg
7．如图甲，圆圈内放大的集成块可以同时自动测量沿手机短边（x 轴）、长边（y 轴）和垂直面板方向（z 轴）的加速度，相当于在三个方向上各有一个如图乙所示的一维加速度计，图中固定在力传感器上的质量块的质量为 m ．下面仅研究 x 轴处于水平方向和 y 轴处于竖直方向的加速度情况．
（1）沿 x 轴方向，若用 F 表示力传感器垂直接触面对质量块的作用力，取+x 轴方向为加速度正方向， 导出手机在水平方向的加速度 x a 的表达式；
（2）沿 y 轴方向，若用 F 表示力传感器垂直接触面对质量块的作用力，取+y 轴方向为加速度正方向， 导出手机在竖直方向的加速度 y a 的表达式；
（3）当手机由竖屏变横屏时，为让手机感知到这种变化，需要通过电信号分别将（1）和
（2）中导出的 加速度进行输出，但应统一输出项 a 出，请分别写出水平和竖直方向上输出项 a 出的表达式；
（4）当手机由竖屏变横屏时，显示的视频画面会随之由窄变宽，请解释其中的原理．
【答案】（1）x F a m =
（2）y F mg a m -=（3）=x x F a a m =出=y y F a a g m
=+出（4）当手机竖屏播放视频时，=
0x x F a a m ==出 、 =y y F
a a g g m
出=+=将手机转为横屏时，加速度计测得水平、竖直两个方向加速度的值发生交换； 智能手机据此做出判断， 将视频画面由窄变宽． 【解析】 【分析】 【详解】
（1）质量块在+x 轴方向只受力传感器垂直接触面对它的作用力 F ，由牛顿第二定律得：
x F
a m
=
（2）质量块在+y 轴方向受重力（mg ）、力传感器垂直接触面对它的作用力 F 两个力的作用，由牛顿第二定律得：y F mg
a m
-=
（3）应统一设置水平和竖直方向上通过力传感器电信号输出的加速度的表达式为：a 出 在水平方向的加速度的输出表达式：=x x F
a a m
=出 在竖直方向的加速度的输出表达式：=y y F
a a g m
=+出 （4）当手机竖屏播放视频时，=
0x x F a a m ==出 、 =y y F
a a g g m
出=+=将手机转为横屏时，加速度计测得水平、竖直两个方向加速度的值发生交换； 智能手机据此做出判断， 将
视频画面由窄变宽．
8．如图所示，一个质量m ＝2 kg 的滑块在倾角为θ＝37°的固定斜面上，受到一个大小为40 N 的水平推力F 作用，以v 0＝20 m/s 的速度沿斜面匀速上滑．（sin 37°＝0.6，取g ＝10 m/s 2）
（1）求滑块与斜面间的动摩擦因数；
（2）若滑块运动到A 点时立即撤去推力F ，求这以后滑块再返回A 点经过的时间． 【答案】（1）0.5；（2）225s +（） 【解析】 【分析】 【详解】
（1）滑块在水平推力作用下沿斜面向上匀速运动时，合力为零，则有 Fcos37°=mgsin37°+μ（mgcos37°+Fsin37°） 代入解得，μ=0.5
（2）撤去F 后，滑块上滑过程：根据牛顿第二定律得：mgsin37°+μmgcos37°=ma 1， 得，a 1=g （sin37°+μcos37°） 上滑的时间为0
11
2v t s a == 上滑的位移为0
1202
v x t m =
= 滑块下滑过程：mgsin37°-μmgcos37°=ma 2， 得，a 2=g （sin37°-μcos37°）
由于下滑与上滑的位移大小相等，则有x=1
2
a 2t 22 解得，22
225x
t s a =＝
故 t=t 1+t 2=（2+5s 【点睛】
本题分析滑块的受力情况和运动情况是关键，由牛顿第二定律和运动学公式结合是处理动力学问题的基本方法．
9．功能关系贯穿整个高中物理．
(1)如图所示，质量为m 的物体，在恒定外力F 作用下沿直线运动，速度由v 0变化到v 时，发生的位移为x ．试从牛顿第二定律及运动学公式推导出动能定理．上述推导的结果对于物体受变力作用、或者做曲线运动时是否成立？说明理由．
(2)如图所示，固定的水平光滑金属导轨，间距为L ，右端接有阻值为R 的电阻，处在方向竖直向外、磁感应强度为B 的匀强磁场中，质量为m 的导体棒与固定弹簧相连，放在导轨上，导轨与导体棒的电阻均可忽略．初始时刻，弹簧恰处于自然长度．现给导体棒一个水平向右的初速度v 0，在沿导轨运动的过程中，导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触．导体棒速度第一次为零时，弹簧的弹性势能为E p ，则在这一过程中： ①直接写出弹簧弹力做功W 弹与弹性势能变化∆E p 的关系，进而求W 弹； ②用动能定理求安培力所做的功W 安．
【答案】(1)动能定理无论物体所受力是否为恒力、运动轨迹是否为直线均适用．简言之，动能定理是经典力学范围内的普适规律． (2) (0)p p p W E E E =-∆=--=-弹 (3)
2
012
p W E mv =-安
【解析】 【详解】
(1)由牛顿第二定律F=ma
及运动学公式22
02v v ax -=
可得2201122
Fx mv mv =
- 当物体受变力作用、或者做曲线运动时，可以把过程分解成许多小段，认为物体在每小段运动中受到的是恒力、运动轨迹是直线，这样对每一段用动能定理，累加后也能得到同样的结果，所以动能定理无论物体所受力是否为恒力、运动轨迹是否为直线均适用．简言之，动能定理是经典力学范围内的普适规律． (2)p W E =-∆弹
进而(0)p p p W E E E =-∆=--=-弹. (3)由动能定理：2
0102
W W mv +=-弹安 解得：2012
p W E mv =-
安
10．质量为5.0kg 的物体，从离地面36m 高处，由静止开始匀加速下落，经3s 落地，g 取10m/s 2，求：
（1）物体下落的加速度的大小；
（2）下落过程中物体所受阻力的大小。

【答案】(1)8m/s2 (2)10N
【解析】
试题分析：根据匀变速直线运动的公式求出物体下落的加速度，根据牛顿第二定律求出阻力的大小．
解：（1）由得，
a=．
故物体下落的加速度大小为8m/s2．
（2）根据牛顿第二定律得，mg﹣f=ma
则f=mg﹣ma=50﹣5×8N=10N
故下落过程中物体所受阻力的大小为10N．
答：（1）物体下落的加速度的大小8m/s2；（2）下落过程中物体所受阻力的大小10N 【点评】解决本题的关键知道加速度是联系力学和运动学的桥梁，通过加速度，可以根据力求运动，也可以根据运动求力．。