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题型: 单选题
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单选题 · 6 分

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

A18m        

B54m

C72m        

D198m

正确答案

B

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

牛顿运动定律的综合应用
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题型:简答题
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简答题 · 19 分

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

(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

知识点

牛顿运动定律的综合应用
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题型:简答题
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简答题 · 20 分

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:

木板这段时间内的位移

知识点

牛顿运动定律的综合应用电功、电功率
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题型:简答题
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简答题 · 14 分

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)

(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

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

牛顿运动定律的综合应用
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题型:简答题
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简答题 · 14 分

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

匀变速直线运动的图像牛顿运动定律的综合应用
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