物理直线运动题20套(带答案)及解析

物理直线运动题20套(带答案)及解析
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 4F 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：3sin 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：
214sin 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43
d L =
2．重力加速度是物理学中的一个十分重要的物理量，准确地确定它的量值，无论从理论上、还是科研上、生产上以及军事上都有极其重大的意义。

（1）如图所示是一种较精确测重力加速度g 值的方法：将下端装有弹射装置的真空玻璃直管竖直放置，玻璃管足够长，小球竖直向上被弹出，在O 点与弹簧分离，然后返回。

在O 点正上方选取一点P ，利用仪器精确测得OP 间的距离为H ，从O 点出发至返回O 点的时间间隔为T 1，小球两次经过P 点的时间间隔为T 2。

（i ）求重力加速度g ；
（ii ）若O 点距玻璃管底部的距离为L 0，求玻璃管最小长度。

（2）在用单摆测量重力加速度g 时，由于操作失误，致使摆球不在同一竖直平面内运动，而是在一个水平面内做圆周运动，如图所示．这时如果测出摆球做这种运动的周期，仍用单摆的周期公式求出重力加速度，问这样求出的重力加速度与重力加速度的实际值相比，哪个大？试定量比较。

（3）精确的实验发现，在地球上不同的地方，g 的大小是不同的，下表列出了一些地点的重力加速度。

请用你学过的知识解释，重力加速度为什么随纬度的增加而增大？
【答案】（1）22128H g
T T =-， 21022
12T H L T T +-；（2）求出的重力加速度比实际值大；（3）解析见详解。

【解析】
【详解】
（1）（i ）小球从O 点上升到最大高度过程中：211122T h g ⎛⎫= ⎪⎝⎭
小球从P 点上升的最大高度：222122T h g ⎛⎫= ⎪⎝⎭
依据题意：12h h H -=
联立解得：22
128H g T T =- （ii ）真空管至少的长度：01L L h =+
故2102212
T H L L T T =+- （2）以l 表示摆长，θ表示摆线与竖直方向的夹角，m 表示摆球的质量，F 表示摆线对摆球的拉力，T 表示摆球作题图所示运动的周期，小球受力分析如图：
则有 F sin θ＝mL sin θ（2T
π）2， F cos θ＝mg
由以上式子得：T＝2πLcos
g
，而单摆的周期公式为T′＝2π
L
g
，即使在单摆实验
中，摆角很小，θ＜5°，但cosθ＜l，这表示对于同样的摆长L，摆球在水平面内作圆周运动的周期T小于单摆运动的周期T′，所以把较小的周期通过求出的重力加速度的数值将大于g的实际值。

（3）地球是自转，地球表面的所有物体都随着地球共同做匀速圆周运动，万有引力的一个分力提供物体随地球自转的向心力，另一个分力为重力，在赤道附近,物体做匀速圆周运动的半径最大,赤道上的自转半径为地球半径R，所以重力最小,重力加速度就最小。

随着纬度升高,自转半径减小,自转的向心力减小,万有引力的另一个分力G增大；如图所示：
故重力加速度随着维度的增加而增大。

3．一位汽车旅游爱好者打算到某风景区去观光，出发地和目的地之间是一条近似于直线的公路，他原计划全程平均速度要达到40 km/h，若这位旅游爱好者开出1/3路程之后发现他的平均速度仅有20 km/h，那么他能否完成全程平均速度为40 km/h的计划呢？若能完
成，要求他在后的路程里开车的速度应达多少？
【答案】80km/h
【解析】
本题考查匀变速直线运动的推论，利用平均速度等于位移除以时间，设总路程为s，后路程上的平均速度为v，总路程为s
前里时用时
后里时用时
所以全程的平均速度
解得
由结果可知，这位旅行者能完成他的计划，他在后2s/3的路程里，速度应达80 km/h
4．一质点做匀加速直线运动，初速度v 0＝2 m/s ，4 s 内位移为20 m ，求：
（1）质点的加速度大小；
（2）质点4 s 末的速度大小。

【答案】（1）
（2）
【解析】
【详解】
(1)由位移公式：
即：
解得：
； (2)由速度公式：
即。

5．物体在斜坡顶端以1 m/s 的初速度和0.5 m/s 2的加速度沿斜坡向下作匀加速直线运动，已知斜坡长24米，求：
(1) 物体滑到斜坡底端所用的时间．
(2) 物体到达斜坡中点速度．
【答案】（1）8s （213/m s
【解析】
【详解】
（1）物体做匀加速直线运动，根据位移时间关系公式，有：
2012
x v t at +＝ 代入数据得到：
14=t +0.25t 2
解得：
t=8s 或者t =-12s （负值舍去）
所以物体滑到斜坡底端所用的时间为8s
（2）设到中点的速度为v 1，末位置速度为v t ，有：
v t =v 0+at 1=1+0.5×8m/s=5m/s
220 2t v v ax -＝
2210 22
x v v a -＝
联立解得：
1v
6．杭黄高铁是连接杭州市和黄山市的高速铁路。

2018年12月25日，正式开通运营，运行时的最大时速为250公里。

杭黄高速列车在一次联调联试运行中由A 站开往B 站，A 、B 车站间的铁路为直线。

技术人员乘此列车从A 车站出发，列车从启动匀加速到270km/h ，用了150s 时间，在匀速运动了10分钟后，列车匀减速运动，经过200秒后刚好停在B 车站.求:
(1)求此高速列车启动、减速时的加速度;
(2)求A 、B 两站间的距离；
【答案】（1）0.5m/s 2，-0.375m/s 2；（2）58125m
【解析】
【分析】 分别确定高速列车启动、减速运动过程的初速度、末速度和时间，由加速度定义式∆=∆v a t 求出加速度。

【详解】
(1) 由加速度的定义式∆=∆v a t
有： 高速列车启动时的加速度为2212700.53.6150v m m a s
s t ∆===∆⨯ 高速列车减速时的加速度为 22202700.3753.6200v m m a s s t ∆-=
==-∆⨯； (2) 加速过程的位移为2111156262
x a t m == 匀速过程的位移为2245000x vt m == 减速过程的位移为2
32
075002v x m a -== 总位移为
12358125x x x x m =++=
7．如图甲所示，质量为M ＝3.0kg 的平板小车C 静止在光滑的水平面上，在t ＝0时，两个质量均为1.0kg 的小物体A 和B 同时从左右两端水平冲上小车，1.0s 内它们的v －t 图象如图乙所示，（ g 取10m/s 2）求：
(1)小物体A和B与平板小车之间的动摩擦因数μA、μB
(2)判断小车在0～1.0s内所做的运动，并说明理由？
(3)要使A、B在整个运动过程中不会相碰，车的长度至少为多少？
【答案】（1）0.3；（2）小车静止；（3）7.2m
【解析】试题分析：(1)由v－t图可知，在第1 s内，物体A、B的加速度大小相等，均为a ＝3.0 m/s2.
根据牛顿第二定律：f =μmg＝ma 可得μA=μB=0.3
(2)物体A、B所受摩擦力大小均为F f＝ma＝3.0 N，方向相反，
根据牛顿第三定律，车C受A、B的摩擦力也大小相等，方向相反，合力为零，故小车静止。

(3)由图像可知0-1.0s内A的位移x A=4.5m B 的位移x B=1.5m
B减速到零后，对A f A=μmg＝ma A解得a A=3m/s2
对B和车 f A=μmg=（M+m）a B解得a B=0.75m/s2
设经过时间t，达到相同速度v
解得：t=0.8s v=0.6m/s
相对位移m
A、B之间的相对位移，即车的最小长度为：x＝x A＋x B＋＝7.2m
考点：牛顿第二定律的综合应用.
8．学校开展自制玩具汽车速度赛，比赛分为30 m和50 m两项，比赛在水平操场举行，所有参赛车从同一起跑线同时启动，按到达终点的先后顺序排定名次。

某同学有两辆玩具车，甲车可在启动居立即以额定功率加速运动；乙车启动后可保持2 m/s2的加速度做匀加速运动直到其速度达15m/s。

两车进行模拟测试时发现，同时从起跑线启动后，经6s两车到达同一位置。

试通过计算、分析判断该同学应分别以哪一辆玩具车参加30m和50m的比赛。

【答案】赛程小于36m时应以甲车参赛；赛程为50m时应以乙车参赛.
【解析】对乙车，根据解得6s内位移为x1=36m由已知6s内两车位移相同，做两车的速度-时间图像；
由图像可知6s 时刻乙车追上甲车，此时两车位移均为36m ；此前甲车超前乙车，故赛程小于36m 时应以甲车参赛；6s 后乙车速度还小于15m/s ，乙车速度总是大于甲车的速度，根据2ax 2=v 2可得乙车速度达到15m/s 的过程中位移为x 2=56.25m ；赛程长为36-56.25m 时，乙车一定比甲车快，故赛程为50m 时应以乙车参赛.
9．风洞实验室中可产生水平方向的，大小可调节的风力．现将一套有球的细直杆放入风洞实验室．小球孔径略大于细杆直径．如图所示．
（1）当杆水平固定时，调节风力的大小，使小球在杆上做匀速运动，这时小球所受的风力为小球所受重力的0.5倍，求小球与杆间的动摩擦因数．
（2）保持小球所受风力不变，使杆与水平方向夹角为37°并固定，则小球从静止出发在细杆上滑下距离s=3.75m 所需时间为多少？（sin37°=0.6，cos37°=0.8）
【答案】（1）0.5（2）1s
【解析】
【分析】
【详解】
（1）小球做匀速直线运动，由平衡条件得：0.5mg=μmg ，则动摩擦因数μ=0.5； （2）以小球为研究对象，在垂直于杆方向上，由平衡条件得：
000.5sin 37cos37N F mg mg +=
在平行于杆方向上，由牛顿第二定律得：000.5cos37sin 37N mg mg F ma μ+-=
代入数据解得：a=7.5m/s 2
小球做初速度为零的匀加速直线运动，由位于公式得：s=
12at 2 运动时间为22 3.7517.5
s t s s a ⨯=
==； 【点睛】
此题是牛顿第二定律的应用问题，对小球进行受力分析是正确解题的前提与关键，应用平衡条件用正交分解法列出方程、结合运动学公式即可正确解题．
10．近几年，国家取消了7座及以下小车在法定长假期间的高速公路收费，给自驾出行带来了很大的实惠，但车辆的增多也给道路的畅通增加了压力，因此交管部门规定，上述车辆通过收费站口时，在专用车道上可以不停车拿(交)卡而直接减速通过．若某车减速前的速度为v0＝20m/s，靠近站口时以大小为a1＝5 m/s2的加速度匀减速，通过收费站口时的速度为v t＝8 m/s，然后立即以a2＝4 m/s2的匀加速至原来的速度(假设收费站的前、后都是平直大道)．试问：
(1)该车驾驶员应在距收费站口多远处开始减速？
(2)该车从减速开始到最终恢复到原来速度的过程中，运动的时间是多少？
(3)在(1)(2)问题中，该车因减速和加速过站而耽误的时间为多少？
【答案】（1）33.6m （2）5.4s （3）1.62s
【解析】
【详解】
（1）设该车初速度方向为正方向,该车进入站口前做匀减速直线运动，设距离收费站x1处开始制动，则有：v t2－v02＝- 2a1x1 ①
解得：x1＝33.6 m. ②
该车通过收费站经历匀减速和匀加速两个阶段，前后两段位移分别为x1和x2，时间为t1和t2，则
减速阶段：v t＝v0 - a1t1 ③
解得：t1＝2.4 s ④
加速阶段：t2＝＝3 s ⑤
则加速和减速的总时间为：t＝t1＋t2＝5.4 s. ⑥
（3）在加速阶段：x2＝t2＝42 m ⑦
则总位移：x＝x1＋x2＝75.6 m ⑧
若不减速所需要时间：t′＝＝3.78 s ⑨
车因减速和加速过站而耽误的时间：Δt＝t－t′＝1.62 s. ⑩
【点睛】
此题运动的过程复杂，轿车经历减速、加速，加速度、位移、时间等都不一样．分析这样的问题时，要能在草稿子上画一画运动的过程图，找出空间关系，有助于解题．。