高考物理牛顿运动定律试题(有答案和解析)及解析一、高中物理精讲专题测试牛顿运动定律1．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=vt=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°2．如图所示，质量为M=0.5kg 的物体B 和质量为m=0.2kg 的物体C ，用劲度系数为k=100N/m 的竖直轻弹簧连在一起．物体B 放在水平地面上，物体C 在轻弹簧的上方静止不动．现将物体C 竖直向下缓慢压下一段距离后释放，物体C 就上下做简谐运动，且当物体C 运动到最高点时，物体B 刚好对地面的压力为0．已知重力加速度大小为g=10m/s 2．试求：①物体C 做简谐运动的振幅；②当物体C 运动到最低点时，物体C 的加速度大小和此时物体B 对地面的压力大小． 【答案】①0.07m ②35m/s 2 14N 【解析】 【详解】①物体C 放上之后静止时：设弹簧的压缩量为0x ． 对物体C ，有：0mg kx =解得：0x =0.02m设当物体C 从静止向下压缩x 后释放，物体C 就以原来的静止位置为平衡位置上下做简谐运动，振幅A =x当物体C 运动到最高点时，对物体B ，有：0()Mg k A x =- 解得：A =0.07m②当物体C 运动到最低点时，设地面对物体B 的支持力大小为F ，物体C 的加速度大小为a .对物体C ，有：0()k A x mg ma +-= 解得：a =35m/s 2对物体B ，有：0()F Mg k A x =++ 解得：F =14N所以物体B 对地面的压力大小为14N3．如图是利用传送带装运煤块的示意图.其中，传送带的从动轮与主动轮圆心之间的距离为3s m =，传送带与水平方向间的夹角37θ=o ，煤块与传送带间的动摩擦因数0.8μ=，传送带的主动轮和从动轮半径相等，主动轮轴顶端与运煤车底板间的竖直高度1.8H m =，与运煤车车箱中心的水平距离0.6.x m =现在传送带底端由静止释放一煤块(可视为质点).煤块恰好在轮的最高点水平抛出并落在车箱中心，取210/g m s =，sin370.6=o ，cos370.8=o ，求：（1）主动轮的半径； （2）传送带匀速运动的速度；（3）煤块在传送带上直线部分运动的时间． 【答案】（1）0.1m （2）1m/s ；（3）4.25s 【解析】 【分析】（1）要使煤块在轮的最高点做平抛运动，则煤块到达轮的最高点时对轮的压力为零，根据平抛运动的规律求出离开传送带最高点的速度，结合牛顿第二定律求出半径的大小． （2）根据牛顿第二定律，结合运动学公式确定传送带的速度．（3）煤块在传送带经历了匀加速运动和匀速运动，根据运动学公式分别求出两段时间，从而得出煤块在传送带上直线部分运动的时间． 【详解】（1）由平抛运动的公式，得x vt = ，21H gt 2= 代入数据解得v =1m/s要使煤块在轮的最高点做平抛运动，则煤块到达轮的最高点时对轮的压力为零， 由牛顿第二定律，得2v mg m R=，代入数据得R =0.1m （2）由牛顿第二定律得mgcos mgsin ma μθθ=﹣ ，代入数据解得a =0.4m/s 2由212v s a=得s 1=1.25m ＜s ，即煤块到达顶端之前已与传送带取得共同速度，故传送带的速度为1m/s ．（3）由v=at 1解得煤块加速运动的时间t 1=2.5s 煤块匀速运动的位移为s 2=s ﹣s 1=1.75m ，可求得煤块匀速运动的时间t 2=1.75s煤块在传送带上直线部分运动的时间t =t 1+t 2代入数据解得t =4.25s4．如图所示，在足够大的光滑水平桌面上，有一个质量为10－2kg 的小球，静止在该水平桌面内建立的直角坐标系xOy 的坐标原点O ．现突然沿x 轴正方向对小球施加大小为2×10－2N 的外力F 0，使小球从静止开始运动，在第1s 末所加外力F 0大小不变，方向突然变为沿y 轴正方向，在第2s 后，所加外力又变为另一个不同的恒力F ．求：(1)在第1末，小球的速率； (2)在第2s 末，小球的位移；(3)要使小球在第3s 末的速度变为零所加的恒力F(保留两位有效数字)【答案】（1）2m/s （2 （3）2.8×10-2N 【解析】 【分析】 【详解】（1）根据牛顿第二定律F 0=ma 在第1s 末，根据速度时间关系v 1=at 解得：v 1=2m/s ；（2）在第1s 末，根据位移时间关系x 1=212at 在第2s 内，小球从x 轴正方向开始做类平抛运动： 在x 方向：x 2=v 1t 在y 方向：2212y at =位移：联立解得，设位移与X 轴正方向的夹角为θ， （3）在第2s 末，沿x 轴正方向速度仍为v 1=2m/s在y 方向分速度为v 2=at=2m/s ，此时速度与x 轴正方向的夹角为45° 所加恒力一定与速度方向相反，小球沿x 轴方向加速度1x v a t= 沿y 轴方向加速度2y v a t=小球的加速度a =根据牛顿第二定律F=ma 联立解得F=2.8×10-2N 【点睛】（1）根据牛顿第二定律和速度时间关系联立求解；（2）第2s 内，小球从x 轴正方向开始做类平抛运动，分别求出x 方向和y 方向的位移，根据勾股定理求解小球的位移；（3）分别根据x 方向和y 方向求出小球的加速度，根据勾股定理求解小球总的加速度，根据牛顿第二定律求小球受到的力．5．某课外活动小组为了研究遥控玩具小车的启动性能，进行了如图所示的实验。
将玩具小车放在水平地面上，遥控使其从静止开始匀加速启动，经时间t 关闭发动机，玩具小车滑行一段距离后停下来，测得玩具小车从启动到停下来发生的总位移x =6m 。
已知玩具小车的质量m =500g ，匀加速过程中牵引力F=3N ，运动过程中受到的阻力恒为车重的0.2倍，重力加速度为g 取10 m/s 2，求t 的值。
【答案】1?s t = 【解析】 【详解】设玩具小车受到的阻力为f ，在关闭发动机前后的加速度大小分别为a 1、a 2，位移分别为x 1、x 2，关闭发动机时的速度为v 。
关闭发动机之前，分别由牛顿第二定律和运动学规律：1F f ma -= f kmg =2111x a t 2=1v a t =关闭发动机之后，分别由牛顿第二定律和运动学规律2f ma = 2220v 2a x -=-满足：12x x x +=联立以上各式并代入数据得：t 1s =6．如图甲，圆圈内放大的集成块可以同时自动测量沿手机短边（x 轴）、长边（y 轴）和垂直面板方向（z 轴）的加速度，相当于在三个方向上各有一个如图乙所示的一维加速度计，图中固定在力传感器上的质量块的质量为 m ．下面仅研究 x 轴处于水平方向和 y 轴处于竖直方向的加速度情况．（1）沿 x 轴方向，若用 F 表示力传感器垂直接触面对质量块的作用力，取+x 轴方向为加速度正方向， 导出手机在水平方向的加速度 x a 的表达式；（2）沿 y 轴方向，若用 F 表示力传感器垂直接触面对质量块的作用力，取+y 轴方向为加速度正方向， 导出手机在竖直方向的加速度 y a 的表达式；（3）当手机由竖屏变横屏时，为让手机感知到这种变化，需要通过电信号分别将（1）和（2）中导出的 加速度进行输出，但应统一输出项 a 出，请分别写出水平和竖直方向上输出项 a 出的表达式；（4）当手机由竖屏变横屏时，显示的视频画面会随之由窄变宽，请解释其中的原理．【答案】（1）x F a m =（2）y F mg a m -=（3）=x x F a a m =出=y y F a a g m=+出（4）当手机竖屏播放视频时，=0x x F a a m ==出 、 =y y Fa a g g m出=+=将手机转为横屏时，加速度计测得水平、竖直两个方向加速度的值发生交换； 智能手机据此做出判断， 将视频画面由窄变宽． 【解析】 【分析】 【详解】（1）质量块在+x 轴方向只受力传感器垂直接触面对它的作用力 F ，由牛顿第二定律得：x Fa m=（2）质量块在+y 轴方向受重力（mg ）、力传感器垂直接触面对它的作用力 F 两个力的作用，由牛顿第二定律得：y F mga m-=（3）应统一设置水平和竖直方向上通过力传感器电信号输出的加速度的表达式为：a 出 在水平方向的加速度的输出表达式：=x x Fa a m=出 在竖直方向的加速度的输出表达式：=y y Fa a g m=+出 （4）当手机竖屏播放视频时，=0x x F a a m ==出 、 =y y Fa a g g m出=+=将手机转为横屏时，加速度计测得水平、竖直两个方向加速度的值发生交换； 智能手机据此做出判断， 将视频画面由窄变宽．7．如图所示，小孩子与冰车的总质量为20m kg =.大人用大小为20N ，方向与水平面的夹角37o θ=的恒力F 使冰车由静止开始沿水平冰面运动。
已知冰车与冰面间的动摩擦因数为0.05μ=，取sin 370.6o =，cos370.8o =.求: (1)小孩与冰车受到冰面支持力的大小； (2)小孩子与冰车运动的加速度的大小；(3)若拉力F 作用8s 时间后撤去，最终小孩和冰车将停下来，则小孩和冰车在此运动过程中的总位移的大小 (结果保留2位有效数字)。
【答案】（1）188N ；（2）0.33m/s 2；（3）17.53m 【解析】 【分析】(1)对小孩和冰车受力分析，抓住竖直方向上平衡求出支持力的大小。
(2)结合水平方向上所受的合力，根据牛顿第二定律求出加速度的大小。
【详解】(1) 冰车和小孩受力如图所示竖直方向上有 N+Fsinθ=mg 得支持力N=188N ； (2) 由牛顿第二定律得： 水平方向上有 Fcosθ-f=ma 又摩擦力为f=μN 解得加速度a=0.33m/s 2；(3) t=8s 时间内，冰车位移是2112x at = 解得：x 1=10.56m撤去拉力后物块在滑动摩擦力的作用下做匀减速运动到停止。