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物理牛頓運(yùn)動定律的應(yīng)用練習(xí)題含答案一、高中物理精講專題測試牛頓運(yùn)動定律的應(yīng)用1.如圖,質(zhì)量M=4kg的長木板靜止處于粗糙水平地面上,長木板與地面的動摩擦因數(shù)μ1=0.1,現(xiàn)有一質(zhì)量m=3kg的小木塊以v0=14m/s的速度從一端滑上木板,恰好未從木板上滑下,滑塊與長木板的動摩擦因數(shù)μ2=0.5,g取10m/s2,求:(1)木塊剛滑上木板時,木塊和木板的加速度大?。唬?)木板長度;(3)木板在地面上運(yùn)動的最大位移?!敬鸢浮浚?)5m/s22m/s2(2)14m(3)12m【解析】【分析】(1)由題意知,沖上木板后木塊做勻減速直線運(yùn)動,木板由靜止做勻加速度直線運(yùn)動,根據(jù)牛頓第二定律求解加速度;(2)木塊恰好未從木板滑下,當(dāng)木塊運(yùn)動到木板最右端時,兩者速度相等;根據(jù)位移關(guān)系求解木板的長度;(3)木塊木板達(dá)到共同速度后將一起作勻減速直線運(yùn)動,結(jié)合運(yùn)動公式求解木板在地面上運(yùn)動的最大位移.【詳解】(1)由題意知,沖上木板后木塊做勻減速直線運(yùn)動,初速度v0=14m/s,加速度大小木板由靜止做勻加速度直線運(yùn)動即解得(2)木塊恰好未從木板滑下,當(dāng)木塊運(yùn)動到木板最右端時,兩者速度相等。設(shè)此過程所用時間為t即解得t=2s木塊位移木板位移木板長度(3)木塊木板達(dá)到共同速度后將一起作勻減速直線運(yùn)動,分析得木板位移總位移2.如圖所示,質(zhì)量為m=5kg的長木板B放在水平地面上,在木板的最右端放一質(zhì)量也為m=5kg的物塊A(可視為質(zhì)點).木板與地面間的動摩擦因數(shù)μ1=0.3,物塊與木板間的動摩擦因數(shù)μ2.=0.2,現(xiàn)用一水平力F=60N作用在木板上,使木板由靜止開始勻加速運(yùn)動,經(jīng)過t=1s,撤去拉力,設(shè)物塊與木板間的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,,求:(1)拉力撤去時,木板的速度vB;(2)要使物塊不從木板上掉下,木板的長度L至少為多大;(3)在滿足(2)的條件下,物塊最終將停在右端多遠(yuǎn)處.【答案】(1)VB=4m/s;(2)L=1.2m;(3)d=0.48m【解析】【分析】對整體運(yùn)用牛頓第二定律,求出加速度,判斷物塊與木板是否相對滑動,對物塊和系統(tǒng)分別運(yùn)用動量定理求出拉力撤去時,長木板的速度;從撤去拉力到達(dá)到共同速度過程,對物塊和長木板分別運(yùn)用動量定理求出撤去拉力后到達(dá)到共同速度的時間t1,分別求出撤去拉力前后物塊相對木板的位移,從而求出木板的長度對木板和物塊,根據(jù)動能定理求出物塊和木板的相對位移,再由幾何關(guān)系求出最終停止的位置.(1)若相對滑動,對木板有:,得:對木塊有,所以木塊相對木板滑動撤去拉力時,木板的速度,(2)撤去F后,經(jīng)時間t2達(dá)到共同速度v;由動量定理,可得,v=2.4m/s在撤掉F之前,二者的相對位移撤去F之后,二者的相對位移木板長度(3)獲得共同速度后,對木塊,有,對木板有二者的相對位移木塊最終離木板右端的距離【點睛】本題綜合性很強(qiáng),涉及到物理學(xué)中重要考點,如牛頓第二定律、動能定理、動量定理、運(yùn)動學(xué)公式,關(guān)鍵是明確木板和木塊的運(yùn)動規(guī)律和受力特點.3.如圖所示,水平傳送帶長為L=11.5m,以速度v=7.5m/s沿順時針方向勻速轉(zhuǎn)動.在傳送帶的A端無初速釋放一個質(zhì)量為m=1kg的滑塊(可視為質(zhì)點),在將滑塊放到傳送帶的同時,對滑塊施加一個大小為F=5N、方向與水平面成θ=370的拉力,滑塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為μ=0.5,重力加速度大小為g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求滑塊從A端運(yùn)動到B端的過程中:(1)滑塊運(yùn)動的時間;(2)滑塊相對傳送帶滑過的路程.【答案】(1)2s(2)4m【解析】【分析】(1)滑塊滑上傳送帶后,先向左勻減速運(yùn)動至速度為零,以后向右勻加速運(yùn)動.根據(jù)牛頓第二定律可求得加速度,再根據(jù)速度公式可求出滑塊剛滑上傳送帶時的速度以及速度相同時所用的時間;再對共速之后的過程進(jìn)行分析,明確滑塊可能的運(yùn)動情況,再由動力學(xué)公式即可求得滑塊滑到B端所用的時間,從而求出總時間.
(2)先求出滑塊相對傳送帶向左的位移,再求出滑塊相對傳送帶向右的位移,即可求出滑塊相對于傳送帶的位移.【詳解】(1)滑塊與傳送帶達(dá)到共同速度前
,
設(shè)滑塊加速度為,由牛頓第二定律:解得:滑塊與傳送帶達(dá)到共同速度的時間:此過程中滑塊向右運(yùn)動的位移:共速后
,
因
,滑塊繼續(xù)向右加速運(yùn)動,由牛頓第二定律:解得:根據(jù)速度位移關(guān)系可得:滑塊到達(dá)
B
端的速度:
滑塊從共速位置到
B
端所用的時間:
滑塊從
A
端到
B
端的時間:(2)0~1s
內(nèi)滑塊相對傳送帶向左的位移:
,1s~2s
內(nèi)滑塊相對傳送帶向右的位移:
,0~2s
內(nèi)滑塊相對傳送帶的路程:
4.如圖所示為貨場使用的傳送帶的模型,傳送帶傾斜放置,與水平面夾角為θ=37°,傳送帶AB足夠長,傳送皮帶輪以大小為v=2m/s的恒定速率順時針轉(zhuǎn)動,一包貨物以v0=12m/s的初速度從A端滑上傾斜傳送帶,若貨物與皮帶之間的動摩擦因數(shù)μ=0.5,且可將貨物視為質(zhì)點.(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2)求:(1)貨物剛滑上傳送帶時加速度的大小和方向;(2)經(jīng)過多長時間貨物的速度和傳送帶的速度相同?這時貨物相對于地面運(yùn)動了多遠(yuǎn)?(3)從貨物滑上傳送帶開始計時,貨物再次滑回A端共用了多少時間?【答案】(1)10m/s2,方向沿傳送帶向下;(2)1s;7m.(3)(2+2)s.【解析】【分析】(1)貨物剛滑上傳送帶時,受到重力、傳送帶的支持力和沿傳送帶向下的滑動摩擦力,根據(jù)牛頓第二定律求解加速度;(2)貨物向上做勻減速運(yùn)動,根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式求出貨物的速度和傳送帶的速度相同經(jīng)歷的時間和上滑的位移;(3)貨物的速度和傳送帶的速度相同后,繼續(xù)向上做勻減速運(yùn)動,滑動摩擦力方向沿傳送帶向上,由牛頓第二定律求出加速度,由運(yùn)動學(xué)公式求出速度減至零的時間和位移,再求出上滑的總位移,貨物到達(dá)最高點后將沿傳送帶勻加速下滑,由下滑位移大小與上滑總位移大小相等,求出下滑的時間,最后求出總時間;【詳解】(1)設(shè)貨物剛滑上傳送帶時加速度為,貨物受力如圖所示:沿傳送帶方向:垂直傳送帶方向:,又故貨物剛滑上傳送帶時加速度大小,方向沿傳送帶向下;(2)貨物速度從減至傳送帶速度所用時間設(shè)為,位移設(shè)為,則根據(jù)速度與時間關(guān)系有:根據(jù)平均速度公式可以得到位移為:(3)當(dāng)貨物速度與傳送帶速度相等時,由于,即,此后貨物所受摩擦力沿傳送帶向上,設(shè)貨物加速度大小為,則有設(shè)貨物再經(jīng)時間,速度減為零,則:沿傳送帶向上滑的位移:則貨物上滑的總距離為:貨物到達(dá)最高點后將沿傳送帶勻加速下滑,下滑加速度等于,設(shè)下滑時間為,則,代入解得:.所以貨物從A端滑上傳送帶到再次滑回A端的總時間為:.【點睛】本題考查了傾斜傳送帶上物體相對運(yùn)動問題,分析判斷物體的運(yùn)動情況是難點.5.如圖所示,質(zhì)量M=1kg的木板靜止在粗糙的水平地面上,木板與地面間的動摩擦因數(shù)μ1=0.1,在木板的左端放置一個質(zhì)量m=1kg、大小可忽略的鐵塊,鐵塊與木板間的動摩擦因數(shù)μ2=0.4,g取10m/s2,(1)若木板長L=1m,在鐵塊上加一個水平向右的恒力F=8N,經(jīng)過多長時間鐵塊運(yùn)動到木板的右端?(2)若在鐵塊右端施加一個從零開始連續(xù)增大的水平向右的力F假設(shè)木板足夠長,在圖中畫出鐵塊受到木板的摩擦力f隨拉力F大小變化而變化的圖像.【答案】(1)1s;(2)見解析【解析】【分析】【詳解】(1)鐵塊的加速度大小=4m/s2木板的加速度大小2m/s2設(shè)經(jīng)過時間t鐵塊運(yùn)動到木板的右端,則有解得:t=1s(2)6.如圖所示,質(zhì)量為m=1kg的滑塊,在水平力F作用下靜止在傾角為θ=30°的光滑斜面上,斜面的末端處與水平傳送帶相接(滑塊經(jīng)過此位置滑上皮帶時無能量損失),傳送帶的運(yùn)行速度為v0=3m/s,長為L=1.4m,今將水平力撤去,當(dāng)滑塊滑到傳送帶右端C時,恰好與傳送帶速度相同.滑塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)μ=0.25,g=10m/s2.求(1)水平作用力F的大小;(2)滑塊開始下滑的高度h;(3)在第(2)問中若滑塊滑上傳送帶時速度大于3m/s,求滑塊在傳送帶上滑行的整個過程中產(chǎn)生的熱量Q.【答案】(1)(2)0.1m或0.8m(3)0.5J【解析】【分析】【詳解】解:(1)滑塊受到水平推力F、重力mg和支持力FN處于平衡,如圖所示:水平推力①解得:②(2)設(shè)滑塊從高為h處下滑,到達(dá)斜面底端速度為v下滑過程由機(jī)械能守恒有:,解得:③若滑塊沖上傳送帶時的速度小于傳送帶速度,則滑塊在帶上由于受到向右的滑動摩擦力而做勻加速運(yùn)動;根據(jù)動能定理有:④解得:⑤若滑塊沖上傳送帶時的速度大于傳送帶的速度,則滑塊由于受到向左的滑動摩擦力而做勻減速運(yùn)動;根據(jù)動能定理有:⑥解得:⑦(3)設(shè)滑塊在傳送帶上運(yùn)動的時間為t,則t時間內(nèi)傳送帶的位移:s=v0t由機(jī)械能守恒有:⑧⑨滑塊相對傳送帶滑動的位移⑩相對滑動生成的熱量??7.如圖所示,質(zhì)量,的木板靜止在光滑水平地面上.木板右端與豎直墻壁之間距離為,其上表面正中央放置一個質(zhì)量的小滑塊.與之間動摩擦因數(shù)為,現(xiàn)用大小為的推力水平向右推,兩者發(fā)生相對滑動,作用后撤去推力.通過計算可知,在與墻壁碰撞時.沒有滑離.設(shè)與墻壁碰撞時間極短,且無機(jī)械能損失,重力加速度.求:(1)相對滑動的整個過程中.相對向左滑行的最大距離;(2)相對滑動的整個過程中,、系統(tǒng)產(chǎn)生的摩擦熱.【答案】(1)(2)【解析】【詳解】(1)在施加推力F時,方向向右方向向右ls末,F(xiàn)撤去時,∴A相對B向左滑動的距離撤去F至A、B達(dá)到共同速度的過程中,方向向右,方向向左設(shè)A、B速度相等經(jīng)歷的時間為t2得在此時間內(nèi)B運(yùn)動的位移為∵s2+s3<s∴B與墻碰前速度相等,A、B的共同速度A相對B向左滑動的距離(2)與墻壁碰后:∴∵∴點睛:此題物理過程較復(fù)雜,解決本題的關(guān)鍵理清木塊和木板在整個過程中的運(yùn)動規(guī)律,按照物理過程發(fā)生的順序,結(jié)合能量守恒定律、動量守恒定律、牛頓第二定律和運(yùn)動學(xué)公式綜合求解.8.總質(zhì)量為的人和滑雪板沿著傾角為的斜坡向下滑動,如圖甲所示,所受的空氣阻力與速度成正比.今測得滑雪板運(yùn)動的圖象如圖乙所示,圖中是曲線中點的切線,點坐標(biāo)為,是曲線的漸近線.(,?。└鶕?jù)以上信息,計算下列物理量:(1)滑雪板沿斜波下滑的最大速度;(2)空氣的阻力系數(shù);(3)滑雪板與斜坡間的動摩擦因數(shù).【答案】(1)(2)(3)【解析】【分析】【詳解】(1)由v-t圖象得,雪撬在斜面上下滑的最大速度為:(2)由v-t圖象得:A點vA=5m/s,C點:則A點的瞬時加速度為:下滑過程中,在A點:當(dāng)速度最大時,,有:代入數(shù)據(jù)解得:空氣的阻力系數(shù)kg/s(3)雪撬與斜坡間的動摩擦因數(shù)為9.如圖,在光滑的水平面上靜止著足夠長、質(zhì)量為3m的木板,木板上依次排放質(zhì)量均為m的木塊1、2、3,木塊與木板間的動摩擦因數(shù)均為現(xiàn)同時給木塊1、2、3水平向右的初速度、、,最后所有的木塊與木板相對靜止。已知重力加速度為g,求求所有木塊都相對靜止時的速度;木塊3從開始運(yùn)動到與木板相對靜止時位移的大小;木塊2在整個運(yùn)動過程中的最小速度?!敬鸢浮浚?;【解析】【分析】當(dāng)木塊3與木板的速度相等時,三個木塊與木板的速度均相等,由系統(tǒng)動量守恒求得共同速度。木塊3在木板上勻減速運(yùn)動,由牛頓第二定律和運(yùn)動學(xué)公式結(jié)合求解。由動量守恒定律求木塊2在整個運(yùn)動過程中的最小速度。【詳解】當(dāng)木塊3與木板的速度相等時,三個木塊與木板的速度均相等,且為v。取向右為正方向,系統(tǒng)動量守恒得:解得:術(shù)塊3在木板上勻減速運(yùn)動,由牛頓第二定律:由運(yùn)動學(xué)公式有:解得木塊3從開始運(yùn)動到與木板相對靜止時位移的大小:設(shè)木塊2的最小速度為,此時木塊3的速度為,由動量守恒定律在此過程中,木塊3與木塊2速度改變量相同
解得故本題答案是:;;【點睛】本題木塊在木板上滑動類型,分析物體的運(yùn)動過程是解題基礎(chǔ),其次要把握物理過程的物理規(guī)律,常常根據(jù)動量守恒和能量守恒結(jié)合處理。10.《中華人民共和國道路交通安全法》規(guī)定:汽車在高速公路上行駛的最高速度不能超過120km/h.有一卡車甲在高速公路上發(fā)生了故障,警察在距離故障車150m處放置了警告標(biāo)示牌,以提醒后方的車輛.另有一小轎車乙正以120km/h的速度向故障車駛來,司機(jī)突然發(fā)現(xiàn)了警告標(biāo)示牌,此時車輛距標(biāo)示
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