(物理)物理牛顿运动定律练习题及答案及解析

（物理）物理牛顿运动定律练习题及答案及解析

一、高中物理精讲专题测试牛顿运动定律

1．利用弹簧弹射和传送带可以将工件运送至高处。如图所示，传送带与水平方向成37度角，顺时针匀速运动的速度v ＝4m/s 。B 、C 分别是传送带与两轮的切点，相距L ＝6.4m 。倾角也是37︒的斜面固定于地面且与传送带上的B 点良好对接。一原长小于斜面长的轻弹簧平行斜面放置，下端固定在斜面底端，上端放一质量m ＝1kg 的工件（可视为质点）。用力将弹簧压缩至A 点后由静止释放，工件离开斜面顶端滑到B 点时速度v 0＝8m/s ，A 、B 间的距离x ＝1m ，工件与斜面、传送带问的动摩擦因数相同，均为μ＝0.5，工件到达C 点即为运送过程结束。g 取10m/s 2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，求： （1）弹簧压缩至A 点时的弹性势能；

（2）工件沿传送带由B 点上滑到C 点所用的时间；

（3）工件沿传送带由B 点上滑到C 点的过程中，工件和传送带间由于摩擦而产生的热量。

【答案】(1)42J,(2)2.4s,(3)19.2J 【解析】 【详解】

（1）由能量守恒定律得，弹簧的最大弹性势能为：

2

P 01sin 37cos372

E mgx mgx mv μ︒︒=++

解得：E p ＝42J

（2）工件在减速到与传送带速度相等的过程中，加速度为a 1，由牛顿第二定律得：

1sin 37cos37mg mg ma μ︒︒+=

解得：a 1＝10m/s 2

工件与传送带共速需要时间为：011

v v

t a -= 解得：t 1＝0.4s

工件滑行位移大小为：22

011

2v v x a -=

解得：1 2.4x m L =<

因为tan 37μ︒

<，所以工件将沿传送带继续减速上滑，在继续上滑过程中加速度为a 2，则有：

2sin 37cos37mg mg ma μ︒︒-=

解得：a 2＝2m/s 2

假设工件速度减为0时，工件未从传送带上滑落，则运动时间为：

22

v t

a =

解得：t 2＝2s

工件滑行位移大小为：2

3?

1

n n n n n 解得：x 2＝4m

工件运动到C 点时速度恰好为零，故假设成立。 工作在传送带上上滑的总时间为：t ＝t 1+t 2＝2.4s （3）第一阶段：工件滑行位移为：x 1＝2.4m 。

传送带位移'

11 1.6m x vt ==，相对位移为：10.8m x =V 。 摩擦生热为：11cos37Q mg x V μ︒

=

解得：Q 1＝3.2J

第二阶段：工件滑行位移为：x 2＝4m ，

传送带位移为：'

228m x vt ==

相对位移为：24m x ∆=

摩擦生热为： 22cos37Q mg x μ︒

=∆

解得：Q 2＝16J 总热量为：Q ＝19.2J 。

2．固定光滑细杆与地面成一定倾角，在杆上套有一个光滑小环，小环在沿杆方向的推力F 作用下向上运动，推力F 与小环速度v 随时间变化规律如图所示，取重力加速度g ＝10m/s 2．求：

（1）小环的质量m ； （2）细杆与地面间的倾角a ． 【答案】（1）m ＝1kg ，（2）a ＝30°． 【解析】 【详解】

由图得：0-2s 内环的加速度a=

v

t

=0.5m/s 2 前2s ，环受到重力、支持力和拉力，根据牛顿第二定律，有：1sin F mg ma α-=

2s 后物体做匀速运动，根据共点力平衡条件，有：2sin F mg α= 由图读出F 1=5.5N ，F 2=5N

联立两式，代入数据可解得：m =1kg ，sinα=0.5，即α=30°

3．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s 0=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t 1

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) t 1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：

4．某种弹射装置的示意图如图所示，光滑的水平导轨MN 右端N 处于倾斜传送带理想连

接，传送带长度L=15.0m ，皮带以恒定速率v=5m/s 顺时针转动，三个质量均为m=1.0kg 的滑块A 、B 、C 置于水平导轨上，B 、C 之间有一段轻弹簧刚好处于原长，滑块B 与轻弹簧连接，C 未连接弹簧，B 、C 处于静止状态且离N 点足够远，现让滑块A 以初速度v 0=6m/s 沿B 、C 连线方向向B 运动，A 与B 碰撞后粘合在一起．碰撞时间极短，滑块C 脱离弹簧后滑上倾角θ=37°的传送带，并从顶端沿传送带方向滑出斜抛落至地面上，已知滑块C 与传送带之间的动摩擦因数μ=0.8，重力加速度g=10m/s 2，sin37°=0.6，cos37°=0.8．

（1）滑块A 、B 碰撞时损失的机械能； （2）滑块C 在传送带上因摩擦产生的热量Q ；

（3）若每次实验开始时滑块A 的初速度v 0大小不相同，要使滑块C 滑离传送带后总能落至地面上的同一位置，则v 0的取值范围是什么？（结果可用根号表示） 【答案】(1)9J E ∆= (2)8J Q =03313m/s 397m/s 22

v ≤≤ 【解析】

试题分析：（1）A 、B 碰撞过程水平方向的动量守恒，由此求出二者的共同速度；由功能关系即可求出损失的机械能；（2）A 、B 碰撞后与C 作用的过程中ABC 组成的系统动量守恒，应用动量守恒定律与能量守恒定律可以求出C 与AB 分开后的速度，C 在传送带上做匀加速直线运动，由牛顿第二定律求出加速度，然后应用匀变速直线运动规律求出C 相对于传送带运动时的相对位移，由功能关系即可求出摩擦产生的热量．（3）应用动量守恒定律、能量守恒定律与运动学公式可以求出滑块A 的最大速度和最小速度．

（1）A 与B 位于光滑的水平面上，系统在水平方向的动量守恒，设A 与B 碰撞后共同速度为1v ，选取向右为正方向，对A 、B 有：012mv mv = 碰撞时损失机械能()220111

222

E mv m v ∆=- 解得：9E J ∆=

（2）设A 、B 碰撞后，弹簧第一次恢复原长时AB 的速度为B v ，C 的速度为C v 由动量守恒得：122B C mv mv mv =+ 由机械能守恒得：

()()22

2111122222

B C m v m v mv =+ 解得：4/c v m s =

C 以c v 滑上传送带，假设匀加速的直线运动位移为x 时与传送带共速

由牛顿第二定律得：2

10.4/a gcos gsin m s μθθ=-=