高考物理牛顿运动定律练习题及答案

高考物理牛顿运动定律练习题及答案

一、高中物理精讲专题测试牛顿运动定律

1．如图所示，质量M=0．4kg的长木板静止在光滑水平面上，其右侧与固定竖直挡板问的距离L=0．5m，某时刻另一质量m=0．1kg的小滑块(可视为质点)以v0=2m／s的速度向右滑上长木板，一段时间后长木板与竖直挡板发生碰撞，碰撞过程无机械能损失。已知小滑块与长木板间的动摩擦因数μ=0．2，重力加速度g=10m／s2，小滑块始终未脱离长木板。求：

(1)自小滑块刚滑上长木板开始，经多长时间长木板与竖直挡板相碰；

(2)长木板碰撞竖直挡板后，小滑块和长木板相对静止时，小滑块距长木板左端的距离。【答案】（1）1.65m （2）0.928m

【解析】

【详解】

解：(1)小滑块刚滑上长木板后，小滑块和长木板水平方向动量守恒：

解得：

对长木板：

得长木板的加速度：

自小滑块刚滑上长木板至两者达相同速度：

解得：

长木板位移：

解得：

两者达相同速度时长木板还没有碰竖直挡板

解得：

(2)长木板碰竖直挡板后,小滑块和长木板水平方向动量守恒：

最终两者的共同速度：

小滑块和长木板相对静止时，小滑块距长木板左端的距离：

2．如图1所示，在水平面上有一质量为m1＝1kg的足够长的木板，其上叠放一质量为m2＝2kg的木块，木块和木板之间的动摩擦因数μ1＝0.3，木板与地面间的动摩擦因数μ2＝0.1．假定木块和木板之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等・现给木块施加随时间t增大的水平拉力F＝3t（N），重力加速度大小g＝10m/s2

（1）求木块和木板保持相对静止的时间t1；

（2）t＝10s时，两物体的加速度各为多大；

（3）在如图2画出木块的加速度随时间変化的图象（取水平拉カF的方向为正方向，只要求画图，不要求写出理由及演算过程）

【答案】（1）木块和木板保持相对静止的时间是4s；（2）t＝10s时，两物体的加速度各为3m/s2，12m/s2；

（3）

【解析】

【详解】

（1）当F＜μ2（m1+m2）g＝3N时，木块和木板都没有拉动，处于静止状态，当木块和木板一起运动时，对m1：

f max﹣μ2（m1+m2）g＝m1a max，f max＝μ1m2g

解得：a max＝3m/s2

对整体有：F max﹣μ2（m1+m2）g＝（m1+m2）a max

解得：F max＝12N

由F max＝3t 得：t＝4s

（2）t＝10s时，两物体已相对运动，则有：

对m1：μ1m2g﹣μ2（m1+m2）g＝m1a1

解得：a1＝3m/s2

对m2：F﹣μ1m2g＝m2a2 F＝3t＝30N

解得：a2＝12m/s2

（3）图象过（1、0），（4.3），（10、12）

图象如图所示．

3．如图所示，在风洞实验室里，粗糙细杆与竖直光滑圆轨AB 相切于A 点，B 为圆弧轨道的最高点，圆弧轨道半径R =1m ，细杆与水平面之间的夹角θ=37°．一个m =2kg 的小球穿在细杆上，小球与细杆间动摩擦因数μ=0.3．小球从静止开始沿杆向上运动，2s 后小球刚好到达A 点，此后沿圆弧轨道运动，全过程风对小球的作用力方向水平向右，大小恒定为40N ．已知g =10m/s 2，sin37°=0.6，cos37°=0.8．求：

(1)小球在A 点时的速度大小；

(2)小球运动到B 点时对轨道作用力的大小及方向．

【答案】(1)8m/s (2)12N

【解析】

【详解】

(1)对细杆上运动时的小球受力分析，据牛顿第二定律可得：

cos sin (sin cos )F mg F mg ma θθμθθ--+=

代入数据得：24m/s a =

小球在A 点时的速度8m/s A v at ==

(2)小球沿竖直圆轨道从A 到B 的过程，应用动能定理得：

2211sin37(1cos37)22

B A FR mgR mv mv -︒-+︒=

- 解得：2m/s B v = 小球在B 点时，对小球受力分析，设轨道对球的力竖直向上，由牛顿第二定律知：

2N B v mg F m R

-=

解得：F N =12N ，轨道对球的力竖直向上

由牛顿第三定律得：小球在最高点B 对轨道的作用力大小为12N ，方向竖直向下．

4．如图所示，一段平直的马路上，一辆校车从一个红绿灯口由静止开始做匀加速直线运动，经36 m 速度达到43.2 km/h ；随后保持这一速度做匀速直线运动，经过20 s ，行驶到下一个路口时，司机发现前方信号灯为红灯便立即刹车，校车匀减速直线行驶36 m 后恰好停止．

(1)求校车匀加速运动的加速度大小a 1；

(2)若校车总质量为4 500 kg ，求校车刹车时所受的阻力大小；

(3)若校车内坐有一质量为30 kg 的学生，求该学生在校车加速过程中座椅对学生的作用力F 的大小．(取g ＝10 m/s 2，结果可用根式表示)

【答案】（1）22/m s （2）9000N （3）6026N

【解析】

【分析】

（1）根据匀加速运动的速度位移关系可求加速度；

（2）根据匀减速运动的速度位移关系可求加速度；根据牛顿第二定律可求阻力；

（3）座椅对学生的作用力的水平分力等于mg ，F 的竖直分力的竖直分力等于重力，水平分力提供加速度．根据力的合成可求．

【详解】

(1)由匀加速直线运动公式可知v 2＝2a 1x 1，

得加速度a 1＝2 m/s 2

(2)由匀减速直线运动公式得：0－v 2＝－2a 2x 3

解得a 2＝2 m/s 2

F 阻＝Ma 2＝9000 N.

(3)匀加速运动过程中，座椅对学生的作用力为F ，F 的竖直分力等于mg ，F 的水平分力由牛顿第二定律可得F 水平＝ma 1

F ＝()()221mg ma +

得F ＝6026 N.

5．如图所示，一个质量为3kg 的物体静止在光滑水平面上．现沿水平方向对物体施加30N 的拉力，（g 取10m/s 2）．求：