- 牛顿运动定律的综合应用
- 共404题
如图,竖直平面内的轨道I和II都由两段细直杆连接而成,两轨道长度相等。用相同的水平恒力将穿在轨道最低点B的静止小球,分别沿I和II推至最高点A,所需时间分别为t1、t2;动能增量分别为△Ek1、△Ek2,假定球在经过轨道转折点前后速度大小不变,且球与I. II轨道间的动摩擦因数相等,则
正确答案
解析
小球从最低点到最高点受到摩擦力做功:Wf=μmgcosα×L=μmgx水平与斜面倾角无关;水平拉力为恒力,水平位移相同,所以拉力做功相等,根据动能定理可知,两球到达A点时的速度相同,动能相等,AC项错误;将小球的运动看做直线运动,画出其速率随时间变化的图象,
可知,沿II轨道运动的小球先到达,B项正确。
知识点
质量为2kg的物体静止在足够大的水平面上,物体与地面间的动摩擦因数为0.2,最大静摩擦力和滑动摩擦力大小视为相等。从t=0时刻开始,物体受到方向不变、大小呈周期性变化的水平拉力F的作用,F随时间t的变化规律如图所示。重力加速度g取10m/s2,则物体在t=0到t=12s这段时间内的位移大小为
正确答案
解析
拉力只有大于最大静摩擦力时,物体才会由静止开始运动。0-3s时:F=fmax,物体保持静止,s1=0;3-6s时:F>fmax,物体由静止开始做匀加速直线运动,
,
v=at=6m/s,
,
6-9s时:F=f,物体做匀速直线运动,
s3=vt=6×3=18m,
9-12s时:F>f,物体以6m/s为初速度,以2m/s2为加速度继续做匀加速直线运动,
,
所以0-12s内物体的位移为:s=s1+s2+s3+s4=54m,B正确。
知识点
某校举行托乒乓球跑步比赛,赛道为水平直道,比赛距离为s.比赛时,某同学将球置于球拍中心,以大小为a的加速度从静止开始做匀加速直线运动,当速度达到v0时,再以v0做匀速直线运动跑至终点,整个过程中球一直保持在球拍中心不动,比赛中,该同学在匀速直线运动阶段保持球拍的倾角为θ0,如图所示,设球在运动中受到的空气阻力大小与其速度大小成正比,方向与运动方向相反,不计球与球拍之间的摩擦,球的质量为m,重力加速度为g.
(1)求空气阻力大小与球速大小的比例系数k;
(2)求在加速跑阶段球拍倾角θ随速度v变化的关系式;
(3)整个匀速跑阶段,若该同学速度仍为v0,而球拍的倾角比θ0大了β并保持不变,不计球在球拍上的移动引起的空气阻力变化,为保证到达终点前球不从球拍上距离中心为r的下边沿掉落,求β应满足的条件。
正确答案
见解析。
解析
(1)在匀速运动阶段,有mgtanθ0=kv0
(2)加速阶段,设球拍对球的支持力为N′,有
N′sinθ-kv=ma
N′cosθ=mg
得
(3)以速度v0匀速运动时,设空气阻力与重力的合力为F,有
球拍倾角为θ0+β时,空气阻力与重力的合力不变,设球沿球拍面下滑的加速度大小为a′,有
Fsinβ=ma′
设匀速跑阶段所用时间为t,有
球不从球拍上掉落的条件得
知识点
如图所示,物体A放在足够长的木板B上,木板B静止于水平面。t=0时,电动机通过水平细绳以恒力F拉木板B,使它做初速度为零,加速度aB=1.0m/s2的匀加速直线运动。已知A的质量mA和B的质量mg均为2.0kg,A、B之间的动摩擦因数=0.05,B与水平面之间的动摩擦因数=0.1,最大静摩擦力与滑动摩擦力大小视为相等,重力加速度g取10m/s2。求
(1)物体A刚运动时的加速度aA
(2)t=1.0s时,电动机的输出功率P;
(3)若t=1.0s时,将电动机的输出功率立即调整为P`=5W,并在以后的运动过程中始终保持这一功率不变,t=3.8s时物体A的速度为1.2m/s。则在t=1.0s到t=3.8s这段时间内木板B的位移为多少?
正确答案
见解析
解析
(1)物体在水平方向上受到向右的摩擦力,由牛顿第二定律得
,
代入数据解得
(2)时,木板的速度大小为
,
木板所受拉力,由牛顿第二定律有
,
解得:,
电动机输出功率 。
(3)电动机的输出功率调整为时,设细绳对木板的拉力为,则
,
解得,
木板受力满足,
所以木板将做匀速直线运动,而物体则继续在上做匀加速直线运动直到速度相等。设这一过程时间为,有
,
这段时间内片的位移,
,
由以上各式代入数据解得:
木板在到这段时间内的位移。
知识点
拖把是由拖杆和拖把头构成的擦地工具(如图)。设拖把头的质量为m,拖杆质量可以忽略;拖把头与地板之间的动摩擦因数为常数μ,重力加速度为g,某同学用该拖把在水平地板上拖地时,沿拖杆方向推拖把,拖杆与竖直方向的夹角为θ。
(1) 若拖把头在地板上匀速移动,求推拖把的力的大小。
(2)设能使该拖把在地板上从静止刚好开始运动的水平推力与此时地板对拖把的正压力的比值为λ。已知存在一临界角θ0,若θ≤θ0,则不管沿拖杆方向的推力多大,都不可能使拖把从静止开始运动。求这一临界角的正切tanθ0。
正确答案
(1)了
(2)
解析
(1)设该同学沿拖杆方向用大小为F的力推拖把,将推拖把的力沿竖直和水平分解,按平衡条件有 ① ②
式中N与f分别为地板对拖把的正压力和摩擦力。按摩擦定律有 ③
联立①②③式得 ④
(2)若不管沿拖杆方向用多大的力都不能使拖把从静止开始运动,应用
≤⑤
这时,①式仍满足,联立①⑤式得≤ ⑥
现考察使上式成立的θ角的取值范围,注意到上式右边总是大于零,且当F无限大时极限为零,有≤0 ⑦
使上式成立的角满足θ≤θ0,这里是题中所定义的临界角,即当θ≤θ0时,不管沿拖杆方向用多大的力都推不动拖把。临界角的正切值为 ⑧
知识点
如图所示,生产车间有两个相互垂直且等高的水平传送带甲和乙,甲的速度为v0。小工件离开甲前与甲的速度相同,并平稳地传到乙上,工件与乙之间的动摩擦因数为μ。 乙的宽度足够大,重力加速度为g。
(1)若乙的速度为v0,求工件在乙上侧向(垂直于乙的运动方向)滑过的距离s;
(2)若乙的速度为2v0,求工件在乙上刚停止侧向滑动时的速度大小v;
(3)保持乙的速度2v0不变,当工件在乙上刚停止滑动时, 下一只工件恰好传到乙上,如此反复。若每个工件的质量均为m,除工件与传送带之间摩擦外,其他能量损耗均不计,求驱动乙的电动机的平均输出功率P。
正确答案
答案:(1) (2) (3)
解析
(1)摩擦力与侧向的夹角为45°
侧向加速度大小 匀变速直线运动
解得
(2)设t=0时刻摩擦力与侧向的夹角为,侧向、纵向加速度的大小分别为、
则
很小的时间内,侧向、纵向的速度增量,
解得
且由题意可知 则
所以摩擦力方向保持不变
则当时,
即
(3)工件在乙上滑动的侧向位移为x,沿乙方向的位移为y
由题意知
在侧向上 在纵向上
工件滑动时间 乙前进的距离
工件相对乙的位移
则系统摩擦生热
电动机做功
由,解得
知识点
如右图,轻弹簧上端与一质量为m的木块1相连,下端与另一质量为M的木块2相连,整个系统置于水平放置的光滑木板上,并处于静止状态。现将木板沿水平方向突然抽出,设抽出后的瞬间,木块1、2的加速度大小分别为、。重力加速度大小为g。则有
正确答案
解析
在抽出木板的瞬时,弹簧对1的支持力和对2的压力并未改变。对1物体受重力和支持力,mg=F,a1=0. 对2物体受重力和压力,根据牛顿第二定律
知识点
如图所示,放在固定斜面上的物块以加速度沿斜面匀加速下滑,若在物块上再施加一竖直向下的恒力,则
正确答案
解析
根据题意,放在斜面上的物块沿斜面以加速度a匀加速下滑,在沿斜面方向对物块由牛顿第二定律有mgsinθ-μmgcosθ=ma①,在物块上施加竖直向下的力F后,在沿斜面方向对物块由牛顿第二定律有(mg+F)sinθ-μ(mg+F)cosθ=ma0②,由①②易知a0>a,C项正确、A、B、D三项错误。
知识点
质量为2kg的物体在水平推力F的作用下沿水平面作直线运动,一段时间后撤去F,其运动的v-t图像如图所示。g取10m/s2,求:
(1)物体与水平面间的运动摩擦系数μ;
(2)水平推力的大小;
(3)内物体运动位移的大小。
正确答案
(1)0.2
(2)6N
(3)46m
解析
(1)设物体做匀减速运动的时间为Δt2初速度为v20末速度为v2t加速度为a2,则
①
设物体所受的摩擦力为Ff,根据牛顿第二定律有
②
③
联立②③得: ④
(2)设物体做匀减速运动的时间为Δt1初速度为v10末速度为v1t加速度为a1,则
⑤
根据牛顿第二定律有 ⑥
联立③⑥得:
(3)解法一:由匀变速运动的位移公式得:
解法二:根据v-t图像围成的面积得:
知识点
如图,水平地面上的矩形箱子内有一倾角为的固定斜面,斜面上放一质量为m的光滑球。静止时,箱子顶部与球接触但无压力。箱子由静止开始向右做匀加速运动,然后改做加速度大小为a的匀减速运动直至静止,经过的总路程为s,运动过程中的最大速度为v。
(1)求箱子加速阶段的加速度大小a'。
(2)若a>g tan,求减速阶段球受到箱子左壁和顶部的作用力。
正确答案
(1);(2)0
解析
(1)设加速过程中加速度为a‘,由匀变速运动公式
解得
(2)设球不受车厢作用,应满足
解得
减速时加速度由斜面支持力N与左壁支持力P共同决定,当时
P=0
球受力如图。
由牛顿定律
解得
知识点
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