高中物理牛顿运动定律的应用解题技巧及练习题

高中物理牛顿运动定律的应用解题技巧及练习题

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，质量为M =10kg 的小车停放在光滑水平面上．在小车右端施加一个F =10N 的水平恒力．当小车向右运动的速度达到2.8m/s 时，在其右端轻轻放上一质量m =2.0kg 的小黑煤块（小黑煤块视为质点且初速度为零），煤块与小车间动摩擦因数μ＝0.20．假定小车足够长．

（1）求经过多长时间煤块与小车保持相对静止 （2） 求3s 内煤块前进的位移 （3）煤块最终在小车上留下的痕迹长度 【答案】(1) 2s (2) 8.4m (3) 2.8m 【解析】 【分析】

分别对滑块和平板车进行受力分析，根据牛顿第二定律求出各自加速度，物块在小车上停止相对滑动时，速度相同，根据运动学基本公式即可以求出时间．通过运动学公式求出位移． 【详解】

(1)根据牛顿第二定律，刚开始运动时对小黑煤块有：

1N F ma μ=

F N -mg =0

代入数据解得：a 1=2m/s 2 刚开始运动时对小车有：

2N F F Ma μ-=

解得：a 2=0.6m/s 2

经过时间t ，小黑煤块和车的速度相等，小黑煤块的速度为：

v 1=a 1t

车的速度为：

v 2=v +a 2t

解得：t =2s ；

(2)在2s 内小黑煤块前进的位移为：

2111

4m 2

x a t ==

2s 时的速度为：

11122m/s 4m/s v a t ==⨯=

此后加速运动的加速度为：

235

m/s 6

F a M m =

=+ 然后和小车共同运动t 2=1s 时间，此1s 时间内位移为：

2

212321 4.4m 2

x v t a t =+=

所以煤块的总位移为：

128.4m x x +=

(3)在2s 内小黑煤块前进的位移为：

2111

4m 2

x a t ==

小车前进的位移为：

2111

6.8m 2

x v t a t '=+=

两者的相对位移为：

m 1 2.8x x x '∆=-=

即煤块最终在小车上留下的痕迹长度2.8m ． 【点睛】

该题是相对运动的典型例题，要认真分析两个物体的受力情况，正确判断两物体的运动情况，再根据运动学基本公式求解．

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．.某校物理课外小组为了研究不同物体水下运动特征， 使用质量m =0.05kg 的流线型人形模型进行模拟实验．实验时让模型从h =0.8m 高处自由下落进入水中．假设模型入水后受到大小恒为F f =0.3N 的阻力和F =1.0N 的恒定浮力，模型的位移大小远大于模型长度，忽略模型在空气中运动时的阻力，试求模型

（1）落到水面时速度v 的大小； （2）在水中能到达的最大深度H ； （3）从开始下落到返回水面所需时间t ． 【答案】（1）4m/s （2）0.5m （3）1.15s 【解析】

【分析】 【详解】

（1）模型人入水时的速度记为v ，自由下落的阶段加速度记为a 1，则a 1=g ；v 2=2a 1h 解得v=4m/s ；

（2）模型人入水后向下运动时，设向下为正，其加速度记为a 2，则：mg-F f -F=ma 2 解得a 2=-16m/s 2

所以最大深度：2

2

00.52v

H m a -== （3）自由落体阶段：1t 0.4v

s g

== 在水中下降22

00.25v

t s a -=

= 在水中上升：F-mg-F f =ma 3 解得a 3=4.0m/s 2 所以：33

20.5H

t s a =

= 总时间：t=t 1+t 2+t 3=1.15s

4．滑雪运动中当滑雪板压在雪地时会把雪内的空气逼出来，在滑雪板和雪地之间形成暂时的“气垫”从而减小雪地对滑雪板的摩擦，然后当滑雪板的速度较小时，与雪地接触时间超过某一时间就会陷下去，使得它们间的摩擦阻力增大．假设滑雪者的速度超过4m/s 时，滑雪板与雪地间的动摩擦因数就会从0.25变为0.125．一滑雪者从倾角为θ＝37°斜坡雪道的某处A 由静止开始自由下滑，滑至坡底B 处（B 处为一长度可忽略的光滑小圆弧）后又滑上一段水平雪道，最后停在水平雪道BC 之间的某处．如图所示，不计空气阻力，已知AB 长14.8m ，取g ＝10m/s 2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，求：

（1）滑雪者从静止开始到动摩擦因数发生变化时（即速度达到4m/s ）所经历的时间； （2）滑雪者到达B 处的速度；

（3）滑雪者在水平雪道上滑行的最大距离． 【答案】（1）1s ；（2）12m/s ；（3）54.4m ． 【解析】 【分析】

（1）根据牛顿第二定律求出滑雪者在斜坡上从静止开始加速至速度v 1=4m/s 期间的加速