高考物理牛顿运动定律的应用题20套(带答案)

高考物理牛顿运动定律的应用题20套(带答案)

一、高中物理精讲专题测试牛顿运动定律的应用

1．如图所示，质量m 1＝0.3 kg 的小车静止在光滑的水平面上，车长L ＝1.5 m ，现有质量m 2＝0.2 kg 可视为质点的物块，以水平向右的速度v 0＝2 m/s 从左端滑上小车，最后在车面上某处与小车保持相对静止．物块与车面间的动摩擦因数μ＝0.5，取g ＝10 m/s 2，求：

(1)物块与小车共同速度； (2)物块在车面上滑行的时间t ； (3)小车运动的位移x ；

(4)要使物块不从小车右端滑出，物块滑上小车左端的速度v ′0不超过多少？ 【答案】(1)0.8 m/s (2)0.24 s (3)0.096 m (4)5 m/s 【解析】 【详解】

（1、2）根据牛顿第二定律得，物块的加速度大小为：a 2＝μg ＝0.5×10m/s 2＝5m/s 2， 小车的加速度大小为：22211

0.5210

m/s m/s

0.33

m g

a m μ⨯＝＝

＝ 根据v =v 0-a 2t =a 1t

得则速度相等需经历的时间为：0

12

0.24v t s a a =+＝； v =0.8m/s （3）小车运动的位移2211110

0.24m 0.096m 223

x a t =

=⨯⨯= （4）物块不从小车右端滑出的临界条件为物块滑到小车右端时恰好两者达到共同速度，设此速度为v ，由水平方向动量守恒得：m 2 v 0′=（m 1+m 2）v

根据能量守恒得：μm 2gL ＝

12m 2v 0′2−1

2

(m 1+m 2)v 2 代入数据，联立解得v 0′=5m/s 。

2．如图，质量M=4kg 的长木板静止处于粗糙水平地面上，长木板与地面的动摩擦因数μ1=0.1，现有一质量m=3kg 的小木块以v 0=14m/s 的速度从一端滑上木板，恰好未从木板上滑下，滑块与长木板的动摩擦因数μ2=0.5，g 取10m/s 2，求：

（1）木块刚滑上木板时，木块和木板的加速度大小； （2）木板长度；

（3）木板在地面上运动的最大位移。 【答案】（1）5m/s 2 2m/s 2（2）14m （3）12m

【解析】 【分析】

（1）由题意知，冲上木板后木块做匀减速直线运动，木板由静止做匀加速度直线运动，根据牛顿第二定律求解加速度；（2）木块恰好未从木板滑下，当木块运动到木板最右端时，两者速度相等；根据位移关系求解木板的长度；（3）木块木板达到共同速度后将一起作匀减速直线运动，结合运动公式求解木板在地面上运动的最大位移. 【详解】

（1）由题意知，冲上木板后木块做匀减速直线运动，

初速度 v 0=14m/s ，加速度大小 2

12a μg 5m /s ==

木板由静止做匀加速度直线运动 即 ()212μmg μM m g Ma -+=

解得 2

2a 2m /s =

（2）木块恰好未从木板滑下，当木块运动到木板最右端时，两者速度相等。设此过程所用时间为t

即 012v v a t v a t =-==木板木块 解得 t=2s

木块位移 2

011x v t a t 18m 2

木块=-= 木板位移 2

21x a t 4m 2

木板=

= 木板长度 L x x 14m =-=木板木块

（3）木块木板达到共同速度后将一起作匀减速直线运动，分析得

2231v a t 4m /s a μg 1m /s ====共，

木板位移 23

v x

8m 2a ==，共木板

总位移 ,

x x x 12m =+=木板木板

3．如图所示，质量为m=5kg 的长木板B 放在水平地面上，在木板的最右端放一质量也为m=5kg 的物块A （可视为质点）．木板与地面间的动摩擦因数μ1=0.3，物块与木板间的动摩擦因数μ2.=0.2，现用一水平力F=60N 作用在木板上，使木板由静止开始匀加速运动，经过t=1s ，撤去拉力，设物块与木板间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，2

10/g m s =，求：

（1）拉力撤去时，木板的速度v B ；

（2）要使物块不从木板上掉下，木板的长度L 至少为多大； （3）在满足（2）的条件下，物块最终将停在右端多远处．

【答案】(1)V B =4m/s ；(2)L=1.2m ；(3)d=0.48m 【解析】

【分析】对整体运用牛顿第二定律，求出加速度，判断物块与木板是否相对滑动，对物块和系统分别运用动量定理求出拉力撤去时，长木板的速度；从撤去拉力到达到共同速度过程，对物块和长木板分别运用动量定理求出撤去拉力后到达到共同速度的时间t 1，分别求出撤去拉力前后物块相对木板的位移，从而求出木板的长度对木板和物块，根据动能定理求出物块和木板的相对位移，再由几何关系求出最终停止的位置． (1)若相对滑动，对木板有：212B F mg mg ma μμ--⋅=，

得：2

4/B a m s =

对木块有2A mg ma μ=，2

2/A a m s =

所以木块相对木板滑动

撤去拉力时，木板的速度4/B B v a t m s ==，2/A A v a t m s == (2)撤去F 后，经时间t 2达到共同速度v ；由动量定理22B mgt mv mv μ=-

22122B mgt mgt mv mv μμ--=-，

可得20.2t s =，v=2.4m/s

在撤掉F 之前，二者的相对位移11122

B A v v x t t ∆=- 撤去F 之后，二者的相对位移22222

B A v v v v x t t ++∆=- 木板长度12 1.2L x x m =∆+∆=

(3)获得共同速度后，对木块，有2

2102

A mgx mv μ-=-， 对木板有()2211202

B mg mg x mv μμ-=- 二者的相对位移3A B x x x ∆=-

木块最终离木板右端的距离1230.48d x x x m =∆+∆-∆=

【点睛】本题综合性很强，涉及到物理学中重要考点，如牛顿第二定律、动能定理、动量定理、运动学公式，关键是明确木板和木块的运动规律和受力特点．

4．如图1所示， 质量为M 的长木板，静止放置在粗糙水平地面上，有一个质量为m 、可视为质点的物块，以某一水平初速度v 0从左端冲上木板。从物块冲上木板到物块和木板达到共同速度的过程中，物块和木板的v -t 图象分别如图2中的折线acd 和bcd 所示，a 、b 、c 、d 的坐标为a （0，10）、b （0，0）、c （4，4）、d （12，0），根据v -t 图象，求：