高考物理牛顿运动定律的应用各地方试卷集合汇编

高考物理牛顿运动定律的应用各地方试卷集合汇编
一、高中物理精讲专题测试牛顿运动定律的应用
1．一长木板置于粗糙水平地面上，木板左端放置一小物块，在木板右方有一墙壁，木板右端与墙壁的距离为4.5m ，如图（a ）所示．0t =时刻开始，小物块与木板一起以共同速度向右运动，直至1t s =时木板与墙壁碰撞（碰撞时间极短）．碰撞前后木板速度大小不变，方向相反；运动过程中小物块始终未离开木板．已知碰撞后1s 时间内小物块的v t -图线如图（b ）所示．木板的质量是小物块质量的15倍，重力加速度大小g 取10m/s 2．求
（1）木板与地面间的动摩擦因数1μ及小物块与木板间的动摩擦因数2μ； （2）木板的最小长度；
（3）木板右端离墙壁的最终距离．
【答案】（1）10.1μ=20.4μ=（2）6m （3）6.5m 【解析】
（1）根据图像可以判定碰撞前木块与木板共同速度为v 4m/s = 碰撞后木板速度水平向左，大小也是v 4m/s =
木块受到滑动摩擦力而向右做匀减速，根据牛顿第二定律有24/0/1m s m s
g s
μ-=
解得20.4μ=
木板与墙壁碰撞前，匀减速运动时间1t s =，位移 4.5x m =，末速度v 4m/s = 其逆运动则为匀加速直线运动可得212
x vt at =+ 带入可得21/a m s =
木块和木板整体受力分析，滑动摩擦力提供合外力，即1g a μ= 可得10.1μ=
（2）碰撞后，木板向左匀减速，依据牛顿第二定律有121()M m g mg Ma μμ++= 可得214
/3
a m s =
对滑块，则有加速度2
24/a m s =
滑块速度先减小到0，此时碰后时间为11t s = 此时，木板向左的位移为2111111023x vt a t m =-
=末速度18
/3
v m s =
滑块向右位移214/0
22
m s x t m +=
= 此后，木块开始向左加速，加速度仍为2
24/a m s =
木块继续减速，加速度仍为214
/3
a m s =
假设又经历2t 二者速度相等，则有22112a t v a t =- 解得20.5t s =
此过程，木板位移23121217
26
x v t a t m =-=末速度31122/v v a t m s =-= 滑块位移242211
22
x a t m =
= 此后木块和木板一起匀减速．
二者的相对位移最大为13246x x x x x m ∆=++-= 滑块始终没有离开木板，所以木板最小的长度为6m
（3）最后阶段滑块和木板一起匀减速直到停止，整体加速度2
11/a g m s μ==
位移23
522v x m a
==
所以木板右端离墙壁最远的距离为135 6.5x x x m ++= 【考点定位】牛顿运动定律
【名师点睛】分阶段分析，环环相扣，前一阶段的末状态即后一阶段的初始状态，认真沉着，不急不躁
2．如图所示为某种弹射装置的示意图，该装置由三部分组成，传送带左边是足够长的光滑水平面，一轻质弹簧左端固定，右端连接着质量M =6.0kg 的物块A 。

装置的中间是水平传送带，它与左右两边的台面等高，并能平滑对接。

传送带的皮带轮逆时针匀速转动，使传送带上表面以u =2.0m/s 匀速运动。

传送带的右边是一半径R =1.25m 位于竖直平面内的光滑
14圆弧轨道。

质量m =2.0kg 的物块B 从1
4
圆弧的最高处由静止释放。

已知物块B 与传送带之间的动摩擦因数μ=0.1，传送带两轴之间的距离l =4.5m 。

设第一次碰撞前，物块A 静止，物块B 与A 发生碰撞后被弹回，物块A 、B 的速度大小均等于B 的碰撞前的速度的一半。

取g =10m/s 2。

求：
(1)物块B 滑到
1
4
圆弧的最低点C 时对轨道的压力； (2)物块B 与物块A 第一次碰撞后弹簧的最大弹性势能；
(3)如果物块A 、B 每次碰撞后，物块A 再回到平衡位置时弹簧都会被立即锁定，而当它们再次碰撞前锁定被解除，求物块B 经第一次与物块A 碰撞后在传送带上运动的总时间。

【答案】（1）60N ，竖直向下（2）12J （3）8s 【解析】 【详解】
(1) 设物块B 沿光滑曲面下滑到水平位置时的速度大小为v 0，由机械能守恒定律得：
2
012
mgR mv =
代入数据解得：
v 0=5m/s
在圆弧最低点C ，由牛顿第二定律得：
20
v F mg m R
-=
代入数据解得：
F =60N
由牛顿第三定律可知，物块B 对轨道的压力大小：F′=F =60N ，方向：竖直向下； (2) 在传送带上，对物块B ，由牛顿第二定律得：
μmg =ma
设物块B 通过传送带后运动速度大小为v ，有
22
02v v al -=
代入数据解得：
v=4m/s
由于v ＞u =2m/s ，所以v =4m/s 即为物块B 与物块A 第一次碰撞前的速度大小，设物块A 、B 第一次碰撞后的速度分别为v 2、v 1，两物块碰撞过程系统动量守恒，以向左为正方向，由动量守恒定律得：
mv =mv 1+Mv 2
由机械能守恒定律得：
22212111222
mv mv Mv =+ 解得：
12m m 2,2s s 2
v
v v =
=-=
物块A 的速度为零时弹簧压缩量最大，弹簧弹性势能最大，由能量守恒定律得：
2
p 2112J 2
E mv =
= (3) 碰撞后物块B 沿水平台面向右匀速运动，设物块B 在传送带上向右运动的最大位移为
l′，由动能定理得
211
02
mgl mv μ--'=
解得：
l′=2m ＜4.5m
所以物块B 不能通过传送带运动到右边的曲面上，当物块B 在传送带上向右运动的速度为零后，将会沿传送带向左加速运动，可以判断，物块B 运动到左边台面时的速度大小为v 1′=2m/s ，继而与物块A 发生第二次碰撞。

设第1次碰撞到第2次碰撞之间，物块B 在传送带运动的时间为t 1。

由动量定理得：
'112mgt mv μ=
解得：
'1124s v t g
μ==
设物块A 、B 第一次碰撞后的速度分别为v 4、v 3，取向左为正方向，由动量守恒定律和能量守恒定律得：
'134mv mv Mv =+
'222
134
111222
mv mv Mv =+ 代入数据解得：
3m 1s
v =-
当物块B 在传送带上向右运动的速度为零后，将会沿传送带向左加速运动，可以判断，物块B 运动到左边台面时的速度大小为v 3′=1m/s ，继而与物块A 发生第2次碰撞，则第2次碰撞到第3次碰撞之间，物块B 在传送带运动的时间为t 2．由动量定理得：
232mgt mv μ=
解得：
'3
222s v t g
μ==
同上计算可知：物块B 与物块A 第三次碰撞、第四次碰撞…，第n 次碰撞后物块B 在传送带运动的时间为
11
4s 2
n n t -=
⨯ 构成无穷等比数列，公比1
2
q =
，由无穷等比数列求和公式 111n
q t t q
-=-总
当n →∞时，有物块B 经第一次与物块A 碰撞后在传送带运动的总时间为
1
4s=8s
112
t =
⨯-总
3．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 解得t 1=1s
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.
4．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v 0=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/s 2.
（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．
5．如图所示，质量M=1kg的木板静止在粗糙的水平地面上，木板与地面间的动摩擦因数μ1=0.1，在木板的左端放置一个质量m=1kg、大小可忽略的铁块，铁块与木板间的动摩擦因数μ2=0.4，g取10m/s2，
(1)若木板长L=1m，在铁块上加一个水平向右的恒力F=8N，经过多长时间铁块运动到木板的右端?
(2)若在铁块右端施加一个从零开始连续增大的水平向右的力F假设木板足够长，在图中画出铁块受到木板的摩擦力f随拉力F大小变化而变化的图像．
【答案】（1）1s；（2）见解析
【解析】
【分析】
【详解】
（1）铁块的加速度大小=4m/s2
木板的加速度大小2m/s2
设经过时间t铁块运动到木板的右端，则有
解得：t=1s
（2）
6．水平面上有一木板，质量为M=2kg ，板左端放有质量为m=1kg 的物块（视为质点），已知物块与木板间动摩擦因数为μ1=0.2，木板与水平面间的动摩擦因数为μ2=0.4．设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取2
10/g m s =．
（1）现用水平力F 拉动木板，为使物块与木板一起运动而不相对滑动，求拉力F 的大小范围？
（2）若拉动木板的水平力F=15N ，由静止经时间t 1=4s 立即撤去拉力F ，再经t 2=1s 物块恰好到达板右端，求板长L=？ 【答案】（1）12N ＜F≤18N （2）1.4m
【解析】 【分析】
（1）物块与木块一起运动，拉力F 必须大于木板与地面之间的最大静摩擦力，当m 与M 之间的摩擦力达到最大静摩擦力时，拉力F 达到最大值；
（2）拉动木板的水平力F=15N ，在第（1）问拉力的范围内，整体先做匀加速运动，撤去F 后，m 向右匀减速，M 向右匀减速，当M 静止后，m 继续向右匀减速到木板右端，求出木板静止前的相对位移和木板静止后物块的位移，即可求出木板的长度； 【详解】
（1）M 与地面之间的最大静摩擦力f 1=μ2(M +m )g ＝0.4×(2+1)×10＝12N
当M 、m 整体一起向右匀加速运动时，当m 与M 的静摩擦力达到最大静摩擦力时，拉力F 最大；
对m ：μ1mg ＝ma ① 得a =μ1g ＝0.2×10m /s 2＝2m /s 2 对整体：F −μ2(M +m )g ＝(M +m )a ② 代入数据：F-12=（2+1）×2 解得：F=18N
所以拉力F 大小范围是12N ＜F≤18N
（2）拉动木板的水平力F=15N ，M 、m 一起匀加速运动 根据牛顿第二定律：()2221512/1/21
F M m g
a m s m s M m
μ-+-++＝
＝＝
t 1＝4s 时速度v 1＝a t 1＝1×4m /s ＝4m /s 撤去F 后，物块加速度a 1＝μ1g ＝2m /s 2 对木板：μ1mg −μ2(M +m )g ＝Ma 2， 代入数据：0.2×10−12＝2 a 2 解得：a 2＝−5m /s 2
木板向右速度减为0的时间；根据题意t 2=1s 物块恰好到达板右端
112004
0.85
v
t s s a --＝
＝＝ 在t 1时间内物块的位移：221111111
40.8208 2.5622
x v t a t m ＝．＝-=⨯-⨯⨯ 木板的位移：1214
0.8 1.622
v x t m ⨯＝
＝＝ 物块相对木板的位移△x ＝x 1-x 2＝2.56−1.6＝0.96m 根据题意撤去力F 后，再经t 2=1s 物块恰好到达板右端 所以木板静止后，木块继续运动0.2s
t 1＝0.8s 时物块的速度v 2=v 1-a 1t 1＝4−2×0.8＝2.4m /s
22221211
' 2.40.22020.4422
x v t a t m m -=⨯-⨯⨯V ＝．＝
木板长：L=△x+△x′=0.96+0.44=1.4m
7．如图a 所示,质量为M=1kg 的木板静止在光滑水平面上,质量为m=1kg 的物块以初速度v 0=2.0m/s 滑上木板的左端,物块与木板之间的动摩擦因数为0.2，μ=在物块滑上木板的同时,给木板施加一个水平向右的恒力F ，当恒力F 取某一值时,物块在木板上相对于木板滑动的路程为s ，给木板施加不同大小的恒力F,得到
1
F s
-的关系如图b 所示，当恒力F=0N 时,物块恰不会从木板的右端滑下．将物块视为质点,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度g 取10m/s 2，试求:
(1)求木板长度；
(2)要使物块不从木板上滑下,恒力F 的范围； (3)图b 中CD 为直线,求该段的
1
F s
-的函数关系式． 【答案】（1）0.5m （2）F≤4N ；（3）144
F s += 【解析】 【分析】
（1）当恒力F=0N 时，物块恰不会从木板的右端滑下，根据动能定理牛顿第二定律求解物块和木板的加速度，当两物体共速时，物块相对木板的位移恰为木板的长度；（2）当F=0时，物块恰能滑到木板右端，当F 增大时，物块减速、木板加速，两者在木板上某一位置具有共同速度；当两者共速后能保持相对静止（静摩擦力作用）一起以相同加速度a 做匀
加速运动，根据牛顿第二定律求解F 的最大值；
（2）当0≤F≤F m 时，随着F 力增大，S 减小，当F=F m 时，出现S 突变，说明此时物块、木板在达到共同速度后，恰好再次发生相对运动，物块将会从木板左端掉下．对二者恰好发生相对运动时，由牛顿第二定律列式结合运动公式即可求解． 【详解】
（1）当恒力F=0N 时，物块恰不会从木板的右端滑下，则物块的加速度
212/mg
a g m s m
μμ=
== ；
木板的加速度：222/mg
a m s M
μ=
=；
物块与木板共速时v 0-a 1t 1=a 2t 1 解得t 1=0.5s ，
则木板的长度：22
011121110.522
L v t a t a t m =-
-= （2）当F=0时，物块恰能滑到木板右端，当F 增大时，物块减速、木板加速，两者在木板上某一位置具有共同速度；当两者共速后能保持相对静止（静摩擦力作用）一起以相同加
速度a 做匀加速运动，则：F
a M m
+＝
，而f=ma ， 由于静摩擦力存在最大值，所以：f≤f max =μmg=2N ， 联立解得：F≤4N ；
（3）当0≤F≤4N 时，最终两物体达到共速，并最后一起相对静止加速运动，对应着图（b)中的AB 段，当F >4N 时对应（b)中的CD 段，当两都速度相等后，物块相对于木板向左滑动，木板上相对于木板滑动的路程为s=2Δx
当两者具有共同速度v ，历时t ， 则：2M F mg
a F M
μ+=+＝ a m ＝
mg
m
μ＝μg ＝2m /s 2
根据速度时间关系可得：v 0-a m t=a M t 根据位移关系可得：Δx ＝v 0t −12a m t 2−1
2
a M t 2 s=2Δx
联立
1s −F 函数关系式解得：14
4F s += 【点睛】
本题考查牛顿运动定律．滑块问题是物理模型中非常重要的模型，是学生物理建模能力培养的典型模型．滑块问题的解决非常灵活，针对受力分析、运动分析以及牛顿第二定律的掌握，还有相对运动的分析，特别是摩擦力的变化与转型，都是难点所在．本题通过非常
规的图象来分析滑块的运动，能从图中读懂物体的运动．
8．某粮仓为了把大米送到一定高度处的储藏间，铺设如图所示的传输装置，其中 AB 为长度 L1=4m 的水平传送带，CD 为长度 L2=9m 、倾角θ=37°的倾斜传送带，两传送带的运行速度可调。

现将一 袋大米无初速地放在 A 端，设米袋从 B 转移到 C 时速度大小不变，已知米袋与两传送带之间的动 摩擦因数均为μ=0.5，最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，重力加速度 g=10m/s2，sin37°=0.6， cos37°=0.8。

现在对设备按照如下两种方式进行调试：
（1）使水平传送带以 v1=5m/s 的速度顺时针匀速转动，倾斜传送带不转动。

求： ①米袋在水平传送带上加速运动的距离；
②米袋沿倾斜传送带所能上滑的距离。

（2）使两条传送带以相同的速度 v2 顺时针匀速转动，为了使米袋能被运送到 D 端，试通过分析计算 v2 的最小值。

【答案】（1）①2.5m ；②1.25m （2）6m/s
【解析】
【详解】
（1）①对米袋，根据牛顿第二定律得
1mg ma μ=
加速阶段，当米袋速度增加到和传送带一样时，根据运动学公式得
21112v a s =
解得1 2.5m s =
②倾斜传送带不动，米袋沿传送带向上做匀减速运动，根据牛顿第二定律得
2sin cos mg mg ma θμθ+=
因11s L <，故米袋到达C 时速度大小为1v ，设米袋在CD 所能上滑的距离为2s ，则有 21222v a s =
解得2 1.25m s =
可见，22s L <，故米袋沿倾斜传送带所能上滑的距离为1.25m 。

（2）sin cos mg mg θμθ>，所以无论如何调节倾斜传送带速度，米袋所受合力均沿传送带向下。

为使米袋能到达D 端且在C 端所需速度最小，应使其向上运动过程中所受滑动摩擦力始终沿传送带向上，此时对米袋应用牛顿第二定律得
3sin cos mg mg ma θμθ-=
22322v a L =
解得26m/s v =
在水平传送带上，当米袋速度增加到等于26m/s v =时，其加速距离为3s ，则
22132v a s =
可见，31s L <，故米袋在水平传送带上能被加速到26m/s v =，所以2v 最小值为 26m/s v =
9．如图所示，质量m=1kg 的物块，在沿斜面向上，大小F=15N 的拉力作用下，沿倾角θ=37°的足够长斜面由静止开始匀加速上滑，经时间t 1=2s 撤去拉力，已知物块与斜面间的
动摩擦因数μ=0.5，取210/g m s =，sin37°=0.6，cos37°=0.8，求：
(1)拉力F 作用的时间t 1内，物块沿斜面上滑的距离x 1；
(2)从撤去拉力起，物块沿斜面滑到最高点的时间t 2；
(3)从撤去拉力起，经时间t=3s 物块到出发点的距离x ．
【答案】(1)110m x = (2)21t s = (3)11m x =
【解析】
【分析】
【详解】
(1)物块在时间1t 内沿斜面匀加速上滑，设加速度大小为1a ，
由牛顿第二定律有1sin 37cos37F mg mg ma μ--︒=
解得215/a m s = 在这段时间内物块上滑的距离为21111102x a t m =
= (2)经时间1t 物块的速度大小为11210/v a t m s ==
接着物块沿斜面匀速上滑，设加速度大小为2a ，
由牛顿第二定律有：2sin 37cos37mg mg ma μ+︒=
解得2210/a m s =
根据速度公式有：1220v a t =-
解得21t s =
(3)物块在时间t 2内上滑的距离为221222152
x v t a t m =-=，
沿斜面下滑时间为322t t t s =-=
设物块沿斜面下滑的加速度大小为3a ，
由牛顿第二定律有：3sin 37cos37mg mg ma μ-︒=
解得232/a m s =
物块在时间t 3内沿斜面下滑的距离为2333142
x a t m =
=， 故12311x x x x m =+-=
【点睛】 过程稍多，中间摩擦力方向有变化，要分过程仔细分析，不能盲目套用匀变速直线运动的规律．
10．如图所示，一长L=16m 的水平传送带，以的速率匀速顺时针转动运动．将一质量为m=1kg 的物块无初速度地轻放在传送带左端，物块与传送带之间的动摩擦因数
(取)求
(1) 物块在传送带上运动的最大速度. (2) 若该传送带装成与水平地面成倾角，以同样的速率顺时针转动.将该物块无初速度地放上传送带顶端，分析并求出物体在传送带上整个运动过程加速度的大小和方向.
(3) 在第(2)中，若传送带的传送速度v 大小和方向均不确定，将物块无初速度地放上传送带顶端，试分析计算物块到达底端的可能速度大小.（结果可以用含v 的函数式表示）
【答案】(1)，(2)，方向向下；(3) 情况一：，情况二：，情况三：
.
【解析】
试题分析：（1）物体在水平传送带上可能一直向右加速，也可能先加速后匀速，根据牛顿第二定律求出加速的加速度，由运动学公式求出加速到传送带共速时的位移，再与L 比较，从而得出物体的运动情况，确定最大速度；（2）物体在倾斜传送带向下运动的两种可能：一是先匀加速后匀速，二是先以较大的加速度向下加速，后以较小的加速度继续向下加速，根据牛顿第二定律、运动学公式和滑动摩擦力的大小进行分析求解；（3）若传送带的传送速度v 大小和方向均不确定，将物块无初速度地放上传送带顶端，有三种可能的运动情况，根据牛顿第二定律和运动学公式进行分析求解.
(1)物体放上传送带后，根据牛顿第二定律：
解得：
经时间t达到共速，则时间
位移为，故物体之后匀速
则最大速度
(2) 在顶端释放后，根据牛顿第二定律：
解得:，方向向下
当达到与带相同速度时，位移为
因为，故物块继续加速
根据牛顿第二定律：
解得:，方向向下
(3) 情况一：若传送带逆时针传动，物块受到摩擦力向上，则物体一直以加速度
向下匀加速，则物体到达底端速度：
情况二：若传送带顺时针传动，且速度大，物体受摩擦力向下，物体一直以加速度向下匀加速运动，则物体到达底端速度：，即传送带速度
时，此情况成立
情况三：若传送带顺时针传送，且
物块先以的加速度做匀加速运动，加速位移为
达到与传送带相同速度后，以的加速度继续做匀加速运动
则有：
联立得：。