高中物理试卷物理牛顿运动定律题分类汇编及解析
一、高中物理精讲专题测试牛顿运动定律
1．如图甲所示，一长木板静止在水平地面上，在0t =时刻，一小物块以一定速度从左端滑上长木板，以后长木板运动v t -图象如图所示.已知小物块与长木板的质量均为1m kg =，小物块与长木板间及长木板与地面间均有摩擦，经1s 后小物块与长木板相对静止()210/g m s =，求：
()1小物块与长木板间动摩擦因数的值；
()2在整个运动过程中，系统所产生的热量．
【答案】（1）0.7（2）40.5J
【解析】
【分析】
()1小物块滑上长木板后，由乙图知，长木板先做匀加速直线运动，后做匀减速直线运动，根据牛顿第二定律求出长木板加速运动过程的加速度，木板与物块相对静止时后木板与物块一起匀减速运动，由牛顿第二定律和速度公式求物块与长木板间动摩擦因数的值． ()2对于小物块减速运动的过程，由牛顿第二定律和速度公式求得物块的初速度，再由能量守恒求热量．
【详解】
()1长木板加速过程中，由牛顿第二定律，得
1212mg mg ma μμ-=；
11m v a t =；
木板和物块相对静止，共同减速过程中，由牛顿第二定律得
2222mg ma μ?=；
220m v a t =-；
由图象可知，2/m v m s =，11t s =，20.8t s =
联立解得10.7μ=
()2小物块减速过程中，有：
13mg ma μ=；
031m v v a t =-；
在整个过程中，由系统的能量守恒得
2012
Q mv =
联立解得40.5Q J = 【点睛】
本题考查了两体多过程问题，分析清楚物体的运动过程是正确解题的关键，也是本题的易错点，分析清楚运动过程后，应用加速度公式、牛顿第二定律、运动学公式即可正确解题．
2．我国的动车技术已达世界先进水平，“高铁出海”将在我国“一带一路”战略构想中占据重要一席．所谓的动车组，就是把带动力的动力车与非动力车按照预定的参数组合在一起．某中学兴趣小组在模拟实验中用4节小动车和4节小拖车组成动车组，总质量为m=2kg ，每节动车可以提供P 0=3W 的额定功率，开始时动车组先以恒定加速度21/a m s =启动做匀加速直线运动，达到额定功率后保持功率不变再做变加速直线运动，直至动车组达到最大速度v m =6m/s 并开始匀速行驶，行驶过程中所受阻力恒定，求：
（1）动车组所受阻力大小和匀加速运动的时间；
（2）动车组变加速运动过程中的时间为10s ，求变加速运动的位移．
【答案】（1）2N 3s （2）46.5m
【解析】
（1）动车组先匀加速、再变加速、最后匀速；动车组匀速运动时，根据P=Fv 和平衡条件求解摩擦力，再利用P=Fv 求出动车组恰好达到额定功率的速度，即匀加速的末速度，再利用匀变速直线运动的规律即可求出求匀加速运动的时间；（2）对变加速过程运用动能定理，即可求出求变加速运动的位移．
（1）设动车组在运动中所受阻力为f ，动车组的牵引力为F ，动车组以最大速度匀速运动时：F=
动车组总功率：m P Fv =，因为有4节小动车，故04P P =
联立解得：f=2N
设动车组在匀加速阶段所提供的牵引力为F?，匀加速运动的末速度为v '
由牛顿第二定律有：F f ma '-=
动车组总功率：P F v =''，运动学公式：1v at '=
解得匀加速运动的时间：13t s =
（2）设动车组变加速运动的位移为x ，根据动能定理：
221122
m Pt fx mv mv =-'- 解得：x=46.5m
3．如图甲所示，质量为m=2kg 的物体置于倾角为θ=37°的足够长的固定斜面上，t=0时刻对物体施以平行于斜面向上的拉力F ，t 1=0.5s 时撤去该拉力，整个过程中物体运动的速度与时间的部分图象如图乙所示，不计空气阻力，g=10m ／s 2，sin37°=0.6，cos37°=0.8．求：
(1)物体与斜面间的动摩擦因数μ
(2)拉力F 的大小
(3)物体沿斜面向上滑行的最大距离s ．
【答案】(1)μ=0.5 (2) F =15N (3)s =7.5m
【解析】
【分析】
由速度的斜率求出加速度，根据牛顿第二定律分别对拉力撤去前、后过程列式，可拉力和物块与斜面的动摩擦因数为 μ．根据v-t 图象面积求解位移.
【详解】
（1）由图象可知，物体向上匀减速时加速度大小为：2210510/10.5a m s -=
=- 此过程有：mgsinθ+μmgcosθ=ma 2
代入数据解得：μ=0.5
（2）由图象可知，物体向上匀加速时加速度大小为：a 1=
210/0.5
m s =20m/s 2 此过程有：F-mgsinθ-μmgcosθ=ma 1
代入数据解得：F=60N
（3）由图象可知，物体向上滑行时间1.5s ，向上滑行过程位移为： s ＝
12
×10×1.5＝7.5m 【点睛】 本题首先挖掘速度图象的物理意义，由斜率求出加速度，其次求得加速度后，由牛顿第二定律求解物体的受力情况．
4．“复兴号”动车组共有8节车厢，每节车厢质量m=18t ，第2、4、5、7节车厢为动力车厢，第1、3、6、8节车厢没有动力。假设“复兴号”在水平轨道上从静止开始加速到速度v=360km/h ，此过程视为匀加速直线运动，每节车厢受到f=1.25×103N 的阻力，每节动力车厢的牵引电机提供F=4.75×104N 的牵引力。求：
(1)该过程“复兴号”运动的时间；
(2)第4节车厢和第5节车厢之间的相互作用力的大小。
【答案】（1）80s （2）0
【解析】
【分析】
（1）以动车组为研究对象，根据牛顿第二定律结合运动公式求解该过程“复兴号”运动的时间；（2）以前4节车厢为研究对象，由牛顿第二定律列式求解第4节车厢和第5节车厢之间的相互作用力的大小.
【详解】
（1）以动车组为研究对象，由牛顿第二定律：4F-8f=8ma
动车组做匀加速运动，则v=at
解得t=80s
（2）以前4节车厢为研究对象，假设第4、5节车厢间的作用力为N,则由牛顿第二定律：2F-4f+N=4ma
解得N=0.
5．高铁的开通给出行的人们带来了全新的旅行感受，大大方便了人们的工作与生活．高铁每列车组由七节车厢组成，除第四节车厢为无动力车厢外，其余六节车厢均具有动力系统，设每节车厢的质量均为m ，各动力车厢产生的动力相同，经测试，该列车启动时能在时间t 内将速度提高到v ，已知运动阻力是车重的k 倍．求：
(1)列车在启动过程中，第五节车厢对第六节车厢的作用力；
(2)列车在匀速行驶时，第六节车厢失去了动力，若仍要保持列车的匀速运动状态，则第五节车厢对第六节车厢的作用力变化多大？
【答案】（1）13m (v t +kg ) （2）1415kmg 【解析】
【详解】
(1)列车启动时做初速度为零的匀加速直线运动，启动加速度为
a =
v t
① 对整个列车，由牛顿第二定律得：
F -k ·7mg =7ma ②
设第五节对第六节车厢的作用力为T ，对第六、七两节车厢进行受力分析，水平方向受力如图所示，由牛顿第二定律得
26
F +T -k ·2mg =2ma ， ③
联立①②③得
T =-13m (v t +kg ) ④ 其中“-”表示实际作用力与图示方向相反，即与列车运动相反．
(2)列车匀速运动时，对整体由平衡条件得
F ?-k ·7mg =0 ⑤
设第六节车厢有动力时，第五、六节车厢间的作用力为T 1，则有：
26
F '+T 1-k ·2mg =0 ⑥ 第六节车厢失去动力时，仍保持列车匀速运动，则总牵引力不变，设此时第五、六节车厢间的作用力为T 2，
则有：
5
F '+T 2-k ·2mg =0， ⑦ 联立⑤⑥⑦得
T 1=-13
kmg T 2=35
kmg 因此作用力变化 ΔT =T 2-T 1=
1415kmg
6．一质量为0.25 kg 的物块静止在水平地面上，从t ＝0 s 时刻开始受到一个竖直向上的力F 的作用，F 随时间t 的变化规律如图乙所示，重力加速度g 取10 m/s 2.求：
(1)t ＝2 s 时，物块速度的大小：
(2)t ＝0到t ＝3 s 的过程中，物块上升的高度．
【答案】(1)2 m/s (2)6 m
【解析】
【分析】
在0-1s 内拉力小于重力，物块静止不动，根据牛顿第二定律求出1-2s 内的加速度，结合速度时间公式求出t=2s 时，物块速度的大小；根据牛顿第二定律求出2-3s 内的加速度，根据位移时间公式分别求出1-2s 内和2-3s 内的位移，从而求出物块上升的高度；
【详解】
解：(1) 01s -内，1F mg <，物块静止
12s s -物块做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律得：21F mg ma -=
解得：2212/F mg a m s m
-== 则t ＝2 s 时，物块的速度：21/2/v m s m s =?= (2) 12s s -物块匀加速运动：21111?2x a t m =
= 23s s -物块匀加速运动，根据牛顿第二定律得：32F mg ma -=
解得：2326/F mg a m s m
-== 则有：222215?2x vt a t m =+
= 则物块上升的高度：12156h x x m m m =+=+=
7．如图甲所示，质量m=8kg 的物体在水平面上向右做直线运动。过a 点时给物体作用一个水平向右的恒力F 并开始计时，在4s 末撤去水平力F ．选水平向右为速度的正方向，通过速度传感器测出物体的瞬时速度，所得v ﹣t 图象如图乙所示。（取重力加速度为10m/s 2）求：
（1）8s 末物体离a 点的距离
（2）撤去F 后物体的加速度
（3）力F 的大小和物体与水平面间的动摩擦因数μ。
【答案】（1）48m 。（2）﹣2m/s 2。（3）16N ，0.2。
【解析】
【详解】
（1）8s 末物体离a 点的距离等于梯形的面积大小，为：S=
4882m +?=48m （2）撤去F 后物体的加速度为：a=0884
v t ?-=?-=﹣2m/s 2。 （3）撤去F 后，根据牛顿第二定律得：f=ma=8×（﹣2）N=﹣16N ，负号表示加速度方向与速度方向相反。撤去F 前物体匀速运动，则有：F=|f|=16N
物体与水平面间的动摩擦因数为：μ=1680
f m
g ==0.2。
【点睛】
本题关键先根据运动情况求解加速度，确定受力情况后求解出动摩擦因数；再根据受力情况确定加速度并根据运动学公式得到物体的运动规律。
8．如图所示为四旋翼无人机，它是一种能够垂直起降的小型遥控飞行器，目前正得到越来越广泛的应用．一架质量m=1 kg 的无人机，其动力系统所能提供的最大升力F=16 N ，无人机上升过程中最大速度为6m/s ．若无人机从地面以最大升力竖直起飞，打到最大速度所用时间为3s ，假设无人机竖直飞行时所受阻力大小不变．（g 取10 m ／s ）2．求：
(1)无人机以最大升力起飞的加速度；
(2)无人机在竖直上升过程中所受阻力F f 的大小；
(3)无人机从地面起飞竖直上升至离地面h=30m 的高空所需的最短时间．
【答案】（1）22/m s （2）4f N = （3）6.5s
【解析】
（1）根据题意可得26/02/3v m s a m s t s
?-=
==? （2）由牛顿第二定律F f mg ma --= 得4f N = （3）竖直向上加速阶段21112x at =
，19x m = 匀速阶段12 3.5h x t s v
-== 故12 6.5t t t s =+=
9．质量为0.1kg 的弹性球从空中某高度由静止开始下落，该下落过程对应的v -t 图线如图所示；球与水平地面相碰后反弹，离开地面时的速度大小为碰撞前的
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．该球受到的空气阻力大小恒为f ，取g =10m /s 2，求：
（1）弹性球受到的空气阻力f 的大小；
（2）弹性球第一次碰撞后反弹的最大高度h ．
【答案】（1）0.4N （2）17m 【解析】 试题分析：（1）根据图象得2408/0.5
a m s -=
=， 由牛顿第二定律：mg-f=ma ， 得f=m （g-a ）=0．2×（10-8）=0．4N ．
（2）由题意反弹速度v?＝
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v ＝3m/s ． 又由牛顿第二定律：mg+f=ma?，得20.2100.412/0.2a m s ?+'==． 故反弹高度为：223322128
v h m a ''?＝＝＝ 考点：v-t 图像；牛顿第二定律的应用
【名师点睛】本题关键是对图象的应用，由图象的斜率等于物体的加速度得到加速度，然后根据牛顿第二定律列得方程才能得到阻力，进而解答全题．
10．如图所示，质量1m kg =的小球套在细斜杆上，斜杆与水平方向成30α=o 角，球与杆之间的滑动摩擦因数36
μ=
，球在竖直向上的拉力20F N =作用下沿杆向上滑动．（210/g m s =）求：
（1）求球对杆的压力大小和方向；
（2）小球的加速度多大；
（3）要使球以相同的加速度沿杆向下加速运动，F 应变为多大．
【答案】（1）53N 方向垂直于杆向上 （2）22.5m /s （3） 0N
【解析】
(1)小球受力如图所示：
建立图示坐标，沿y 方向，有：
(F ?mg )cos30°?FN =0
解得：FN=
根据牛顿第三定律，球对杆的压力大小为，方向垂直于杆向上．(2)沿x方向由牛顿第二定律得(F?mg)sin30°?f=ma
而f=μFN
解得：a=2.5m/s2
（3）沿y方向，有：(mg ?F)cos30°?FN=0
沿x方向由牛顿第二定律得(mg ?F)sin30°?f=ma
而f=μFN
解得：F=0N