3.牛顿运动定律综合应用作业（答案+解析）_4.2025物理总复习_2023年新高复习资料_专项复习_思维导图破解高中物理（导图+PPT课件+逐字稿）

牛顿运动定律综合应用作业题 作业题目难度分为3档：三星☆☆☆（基础题目） 四星☆☆☆☆（中等题目） 五星☆☆☆☆☆（较难题目） 本套作业题目1-10题为三星,11-16为四星，17-19为五星。 1.一物块静止在粗糙的水平桌面上，从某时刻开始，物块受到一方向不变的水平 拉力作用，假设物块与桌面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，以a表示物块的 加速度大小，F表示水平拉力的大小。能正确描述F 与a之间关系的图象是( ) ☆☆☆ 答案与解析：设物体所受滑动摩擦力为 Ff，在水平拉力 F 作用下，物体做匀加 速直线运动，由牛顿第二定律，F－F＝ma，F＝ma＋F，所以能正确描述 F 与a f f 之间关系的图象是C。 2.如图所示，光滑水平面上，质量分别为m、M 的木块 A、B 在水平恒力F作用 下一起以加速度a向右做匀加速运动，木块间的轻质弹簧劲度系数为 k，原长为 L。则此时木块A、B 间的距离为( ) ☆☆☆ Ma ma A.L＋ B.L＋ k k MF F－ma C.L＋ D.L＋ k（M＋m） k 答案与解析：对木块A、B整体，根据牛顿第二定律可得 F＝(M＋m)a，对木块 F m· A有kx＝ma，解得：x＝ ma ＝ M＋m＝ mF ，木块A、B间的距离为 L k k（M＋m） kma mF ＋x＝L＋ ＝L＋ ，故选项B正确。 k k（M＋m） 3.质量为 0.1 kg 的小球，用细线吊在倾角α为 37°的斜面上，如图 2 所示。系统 静止时绳与斜面平行，不计一切摩擦。当斜面体向右匀加速运动时，小球与斜面 刚好不分离，则斜面体的加速度为( ) ☆☆☆ A.gsinα B.gcosα g C.gtanα D. tan α 答案与解析：因小球与斜面刚好不分离，所以小球受力如图所示，由图知 tanα mg g ＝ ，则a＝ ，D正确。 ma tan α 4.如图所示，甲、乙两图中水平面都是光滑的，小车的质量都是 M，人的质量 都是m，甲图人推车、乙图人拉绳(绳与滑轮的质量和摩擦均不计)的力都是 F， 对于甲、乙两图中车的加速度大小说法正确的是( ) ☆☆☆ F A.甲图中车的加速度大小为 M F B.甲图中车的加速度大小为 M＋m 2F C.乙图中车的加速度大小为 M＋m F D.乙图中车的加速度大小为 M 答案与解析：以人和车整体为研究对象，甲图合力为0，加速度为0，乙图2F＝ 2F (M＋m)a ，所以a ＝ ，故选项C 正确。 乙 乙 M＋m5.如图所示，水平面上质量均为4kg 的两木块A、B 用一轻弹簧相连接，整个系 统处于平衡状态。现用一竖直向上的力 F 拉动木块 A，使木块 A 向上做加速度 为5 m/s2的匀加速直线运动。从力 F 刚作用在木块 A的瞬间到 B 刚离开地面的 瞬间这个过程，下列说正确的是（g＝10m/s2）（ ） ☆☆☆ A. 力F的最小值为60N B. 力F的最大值为60N C. 当弹簧形变程度最小时，力F的值一定为60N D. 当弹簧形变程度最大时，力 F的值一定为100N 答案与解析：开始时F =mg；对物体A在上升的某位置，根据牛顿第二定律可 弹 知：F+F -mg=ma，当弹力最大时，F 最小，可知开始运动时 F 最小，其最小值 弹 为 F =ma=20N；选项 A 错误；当物体 B 将要离开地面时 F 最大，此时 min F =2ma+2mg=120N，选项 B 错误；当弹簧形变程度最小时，即在原长位置， max 此时 F =0N，F=mg+ma=60N，即力 F 的值为 60 N，选项C 正确；当 B 将要离 弹 开地面时，弹簧的形变程度最大，此时F=120N，选项D错误；故选C. 6.如图所示，几条足够长的光滑直轨道与水平面成不同角度，从P 点以大小不同 的初速度沿各轨道发射小球，若各小球恰好在相同的时间内到达各自的最高点， 则各小球最高点的位置( ) ☆☆☆ A.在同一水平线上 B.在同一竖直线上 C.在同一抛物线上 D.在同一圆周上 答案与解析：设某一直轨道与水平面成θ角，末速度为零的匀减速直线运动可逆 向看成初速度为零的匀加速直线运动，则小球在直轨道上运动的加速度 a＝ mgsin θ 1 1 l 1 ＝gsinθ，由位移公式得 l＝ at2＝ gsinθ·t2，即 ＝ gt2，不同的倾角θ m 2 2 sin θ 2 l 1 对应不同的位移l，但 相同，即各小球最高点的位置在直径为 gt2的圆周上， sinθ 2 选项D正确。7.如图所示，位于竖直平面内的固定光滑圆环轨道与水平面相切于 M 点，与竖 直墙相切于 A 点。竖直墙上另一点 B 与 M 的连线和水平面的夹角为 60°，C 是 圆环轨道的圆心。已知在同一时刻 a、b 两球分别由 A、B 两点从静止开始沿光 滑倾斜直轨道AM、BM 运动到 M点；c 球由C 点自由下落到M点。则( ) ☆☆☆ A.a球最先到达M 点 B.b 球最先到达M点 C.c球最先到达 M 点 D.b 球和c球都可能最先到达M 点 答案与解析：如图所示，令圆环半径为 R，则 c 球由 C 点自由下落到 M 点用时 1 2R 满足R＝ gt 2，所以t ＝ ；对于a 球令AM 与水平面成θ角，则a 球下滑到 c c 2 g 1 R M 用时满足 AM＝2Rsin θ＝ gsin θ·t 2，即 t ＝2 ；同理 b球从B 点下滑到 M a a 2 g r 点用时也满足t ＝2 (r 为过B、M 且与水平面相切于 M 点的竖直圆的半径，r b g ＞R)。综上所述可得t ＞t ＞t 。 b a c 8.(多选)如图所示，传送带的水平部分长为 L，运动速率恒为 v，在其左端无初 速放上木块，若木块与传送带间的动摩擦因数为μ，则木块从左到右的运动时间 可能是( ) ☆☆☆ L v L A. ＋ B. v 2μg v 2L 2L C. D. μg v 1 2L 答案与解析：若木块一直匀加速，则有L＝ μgt2，得t＝ ；若到达传送带另 2 μg－ v 2L 一端时，速度恰好等于 v，则有 L＝ v t＝ t，得 t＝ ；若木块先匀加速经历时 2 v 间t ，位移为 x，再匀速经历时间 t ，位移为L－x，则有v＝μgt ，2μgx＝v2，vt 1 2 1 2 L v ＝(L－x)，从而得t＝t ＋t ＝ ＋ 。故选项A、C、D 正确。 1 2 v 2μg 9. 如图所示，传送带保持 v＝1m/s 的速度顺时针转动。现将一质量 m＝0.5kg 的物体轻轻地放在传送带的左端 a 点上，则物体从a点运动到右端b点所经历的 时间为(设物体与传送带间的动摩擦因数μ=0.1，a、b间的距离L＝2.5m，g取 10 m/s2)( ) ☆☆☆ A. 5s B.( 6－1)s C.3s D.2.5 s 答案与解析：物体开始做匀加速直线运动，a＝μg＝1m/s2，速度达到传送带的速 v2 1 v 度时发生的位移 x＝ ＝ m＝0.5 m＜L，所经历的时间 t ＝ ＝1s，物体接 1 2a 2×1 a L－x 2.5－0.5 着做匀速直线运动，所经历的时间 t ＝ ＝ s＝2s，故物体从 a 点运 2 v 1 动到b点所经历的时间t ＝t ＋t ＝3s。 总 1 2 10. 如图所示，一长木板在水平地面上运动，在某时刻(t＝0)将一相对于地面静 止的物块轻放到木板上，已知物块与木板的质量相等，物块与木板间及木板与地 面间均有摩擦，物块与木板间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，且物块始终在木 板上。在物块放到木板上之后，木板运动的速度－时间图象可能是下列选项中的 ( ) ☆☆☆答案与解析：设在木板与物块未达到相同速度之前，木板的加速度为 a ，物块与 1 木板间的动摩擦因数为μ ，木板与地面间的动摩擦因数为μ 。对木板应用牛顿第 1 2 二定律得：－μ mg－μ ·2mg＝ma 1 2 1 a ＝－(μ ＋2μ )g 1 1 2 设物块与木板达到相同速度之后，木板的加速度为a ，对整体有－μ ·2mg＝2ma 2 2 2 a ＝－μ g，可见|a |＞|a | 2 2 1 2 由v-t 图象的斜率表示加速度大小可知，图象A正确。 11.如图所示，甲、乙两物体质量分别为 m ＝2kg，m ＝3kg，叠放在水平桌面 1 2 上。已知甲、乙间的动摩擦因数为μ ＝0.6，物体乙与平面间的动摩擦因数为μ 1 2 ＝0.5，现用水平拉力 F 作用于物体乙上，使两物体一起沿水平方向向右做匀速 直线运动，如果运动中 F 突然变为零，则物体甲在水平方向上的受力情况(g 取 10m/s2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力)( ) ☆☆☆☆ A.大小为12N，方向向右 B.大小为12N，方向向左 C.大小为10N，方向向右 D.大小为10N，方向向左 答案与解析：当F 突变为零时，可假设甲、乙两物体一起沿水平方向运动，则它 们运动的加速度可由牛顿第二定律求出，由此可以求出甲所受的摩擦力，若此摩 擦力小于它与乙间的最大静摩擦力，则假设成立，反之不成立。 假设甲、乙两物体一起沿水平方向运动，则由牛顿第二定律得 F ＝(m ＋m )a① f2 1 2 F ＝μ (m ＋m )g② f2 2 1 2由①②得：a＝5m/s2 物体甲的受力如图所示，可得甲受的摩擦力为 F ＝m a＝10N f1 1 因为最大静摩擦力F ＝μ m g＝12N，F ＜F fm 1 1 f1 fm 所以假设成立，甲受的摩擦力大小为10N，方向向左，选项D正确。 12.如图所示，在光滑平面上有一静止小车，小车质量为 M＝5kg，小车上静止 地放置着质量为 m＝1kg的木块，木块和小车间的动摩擦因数为μ＝0.2，用水平 恒力F拉动小车，下列关于木块的加速度 a 和小车的加速度a ，可能正确的有 m M ( ) ☆☆☆☆ A.a ＝1m/s2，a ＝1m/s2 m M B.a ＝1m/s2，a ＝2m/s2 m M C.a ＝2m/s2，a ＝4m/s2 m M D.a ＝3m/s2，a ＝5m/s2 m M 答案与解析：隔离木块，分析受力，木块和小车恰不发生相对滑动时，它们有相 同的加速度，由牛顿第二定律有μmg＝ma ，解得 a ＝2 m/s2。木块和小车不发 m m 生相对滑动时，二者加速度相等，木块和小车发生相对滑动时，a ＝2m/s2，小 m 车的加速度a 为大于2m/s2的任意值。可能正确的是A和C。 M 13.如图甲所示，A、B 两物体叠放在一起放在光滑的水平面上，B 物体从静止 开始受到一个水平变力的作用，该力与时间的关系如图乙所示，运动过程中 A、 B 始终保持相对静止。则在0～2t 时间内，下列说法正确的是( ) ☆☆☆☆ 0A.t 时刻，A、B 间的静摩擦力最大，加速度最小 0 B.t 时刻，A、B 的速度最大 0 C.0 时刻和2t 时刻，A、B 间的静摩擦力最大 0 D.2t 时刻，A、B 离出发点最远，速度为 0 0 答案与解析：t 时刻，A、B 受力F 为0N，A、B 加速度为0m/s2，A、B 间静摩 0 擦力为 0N，加速度最小，选项 A 错误；在 0 至 t 过程中，A、B 所受合外力逐 0 渐减小，即加速度减小，但是加速度与速度方向相同，速度一直增加，t 时刻A、 0 B 速度最大，选项B 正确；0时刻和2t 时刻A、B所受合外力 F最大，故A、B 0 在这两个时刻加速度最大，为A提供加速度的A、B间静摩擦力也最大，选项C 正确；A、B 先在F 的作用下加速，t 后F 反向，A、B继而做减速运动，到 2t 0 0 时刻，A、B 速度减小到0，位移最大，选项D正确。 14.如图甲是某景点的山坡滑道图片，为了探究滑行者在滑道直线部分 AE 滑行 的时间，技术人员通过测量绘制出如图乙所示的示意图。AC 是滑道的竖直高度， D点是 AC 竖直线上的一点，且有 AD＝DE＝10m，滑道 AE 可视为光滑，滑行 者从坡顶A点由静止开始沿滑道 AE 向下做直线滑动，g取10m/s2，则滑行者在 滑道AE上滑行的时间为( ) ☆☆☆☆ A. 2s B.2 s C. 3s D.2 2s 答案与解析：A、E 两点在以D为圆心半径为 R＝10m 的圆上，在AE 上的滑行4R 4AD 时间与沿AD所在的直径自由下落的时间相同，t＝ ＝ ＝2s。 g g 15.某物体质量 1kg，在水平拉力作用下沿粗糙水平地面做直线运动，其速度－ 时间图象如图所示，根据图象可知 ( ) ☆☆☆☆ A.物体所受的拉力总是大于它所受的摩擦力 B.物体在第3s内所受的拉力大于1N C.在0～3s内，物体所受的拉力方向始终与摩擦力方向相反 D.物体在第2s 内所受的拉力为零 答案与解析：由题图可知，第2s 内物体做匀速直线运动，即拉力与摩擦力平衡， 所以选项A、D错误；第3s 内物体的加速度大小为 1m/s2，根据牛顿第二定律可 知物体所受合外力大小为 1 N，所受拉力大于 1N，选项 B 正确；物体运动过程 中，拉力方向始终和速度方向相同，摩擦力方向始终和运动方向相反，选项 C 正确。 16.如图所示，固定的倾斜直杆与水平方向成 60°角，杆上套有一个圆环，圆环 通过一根轻绳与一个小球相连接。当环沿杆下滑时，球与环保持相对静止，轻绳 与竖直方向成30°角。下列说法正确的是( ) ☆☆☆☆ A.环一定匀加速下滑 B.环可能匀速下滑 C.环与杆之间一定没有摩擦 D.环与杆之间一定存在摩擦 答案与解析：如图所示，小球受到的重力 mg 与轻绳的拉力 F 的合力沿斜面向 T mg 3 下，θ＝α＝30°，则 F＝ ，根据牛顿第二定律有 F＝ma，得 a＝ g。由于 2cos θ 3 3 球与环保持相对静止，所以环的加速度也是 a＝ g，环一定沿杆向下做匀加速 3 运动，选项 A 正确，B 错误；对球、环整体，假设环与杆之间一定存在摩擦， 3 根据牛顿第二定律有(M＋m)gsin 60°-Ff＝(M＋m)a，得F＝ (M＋m)g≠0，选项 f 6D正确，C 错误。 17.以不同初速度将两个物体同时竖直向上抛出并开始计时，一个物体所受空气 阻力可忽略，另一物体所受空气阻力大小与物体速率成正比，下列用虚线和实线 描述两物体运动的v-t 图象可能正确的是( ) ☆☆☆☆☆ 答案与解析：不受空气阻力的物体，运动过程中加速度不变，v－t 图象为图中虚 线所示。受空气阻力大小与速率成正比关系的物体，上升过程中：mg＋kv＝ma， kv a＝g＋ ，开始时加速度最大，上升过程中a 始终大于g，v-t 图象斜率均大于虚 m 线斜率，只有选项D符合题意。 18.(多选)如图甲所示，用粘性材料粘在一起的 A、B 两物块静止于光滑水平面 上，两物块的质量分别为 m ＝1 kg、m ＝2 kg，当 A、B 之间产生拉力且大于 A B 0.3N时A、B 将会分离。t＝0时刻开始对物块 A施加一水平推力 F ，同时对物 1 块B 施加同一方向的拉力 F ，使 A、B 从静止开始运动，运动过程中 F 、F 方 2 1 2 向保持不变，F 、F 的大小随时间变化的规律如图乙所示。则下列关于A、B 两 1 2 物块受力及运动情况的分析，正确的是( )☆☆☆☆☆ A.t＝2.0s 时刻A、B之间作用力大小为 0.6N B.t＝2.0s 时刻A、B 之间作用力为零 C.t＝2.5s 时刻A对B 的作用力方向向左 D.从t＝0s 时刻到A、B分离，它们运动的位移为 5.4m 答案与解析：设t时刻A、B分离，分离之前 A、B 物体共同运动，加速度为 a， F F 则 a＝ 1 2 ＝1.2 m/s2，分离时 F≥0.3 N，F －F＝m a，F ＝F＋m a＝2.7 N， 2 B 2 B m m 1 2 3.6N 4 1 由F ＝kt＝ t 可得t＝ ×2.7 s＝3s，它们运动的位移 x＝ at2＝5.4m，则D 2 4s 3.6 2 正确；当t＝2s 时，F ＝1.8N，F ＋F’＝m a，F’＝m a－F ＝0.6 N，A正确，B 2 2 B B 2 错误；当t＝2.5 s时，F ＝2.25N，F ＋F″＝m a，F″＝m a－F ＝0.15 N＞0，故 2 2 B B 2 t＝2.5s 时刻A对B的作用力方向向右，C 错误。 19.如图，物块 a、b 和 c 的质量相同，a 和 b，b 和 c 之间用完全相同的轻弹簧 S 和 S 相连，通过系在 a 上的细线悬挂于固定点 O，整个系统处于静止状态。 1 2 现将细线剪断，将物块 a 的加速度的大小记为 a ,S 和S 相对于原长的伸长分别 1 1 2 记为l 和l ，重力加速度大小为g。在剪断的瞬间( ) ☆☆☆☆☆ 1 2 A.a ＝3g B.a ＝0 1 1 C.l ＝2l D.l ＝l 1 2 1 2 答案与解析：设物体的质量为m，剪断细线的瞬间，细线的拉力消失，弹簧还没 有来得及形变，所以剪断细线的瞬间 a受到重力和弹簧S 的拉力F ，剪断前对 1 T1 b、c 和弹簧组成的整体分析可知 F ＝2mg，故 a 受到的合力 F＝mg＋F ＝mg T1 T1F ＋2mg＝3mg，故加速度a ＝ ＝3g，A正确，B 错误；设弹簧S 的拉力为F ， 1 2 T2 m 则F ＝mg，根据胡克定律F＝kΔx可得l ＝2l ，C正确，D错误。 T2 1 2