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简答题

如图所示为游乐场中深受大家喜爱的“激流勇进”的娱乐项目,人坐在船中,随着提升机达到高处,再沿着水槽飞滑而下,劈波斩浪的刹那给人惊险刺激的感受。设乘客与船的总质量为100kg,在倾斜水槽中下滑时所受的阻力为重力的0.1倍,水槽的坡度为30°,若乘客与船从槽顶部由静止开始滑行25m而冲向槽的底部取(g=10m/s2)。求:

(1)船下滑时的加速度大小;

(2)船滑到槽底部时的速度大小。

正确答案

解:(1)对船进行受力分析,根据牛顿第二定律,

, 

(2)由匀加速直线运动规律有

代入数据得

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简答题

如图所示,在光滑水平面上停着一辆平板车,其质量M = 1kg,长AB = 2m,上表面距地面高h = 0.8m,在平板车上表面中点C放一质量m = 0.2 kg的小木块(视为质点)。已知木块与平板车之间的动摩擦因数为μ= 0.5,现在车的右侧施加一个水平拉力F,认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取g = 10 m/s2

(1)要使木块与车相对静止,求F的取值范围;

(2)若F = 8 N,求木块落地时与车左端的水平距离。

正确答案

解:(1)当m与M间达到最大静摩擦力时

       

     

      F = 6 N

      所以时木块相对车静止

(2)F > 6 N木块相对车滑动 

     

     

     

      t = 1s

      木块离开小车时:vm = 5 m/s,vM = 7 m/s

      木块离开后,木块作平抛运动,车作匀加速运动

       

     

     

     

     

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如图所示,重100N的物体A以初速度v=10m/s沿倾角为370的斜面向上滑动,斜面对物体A的摩擦力的大小为10N。已知sin370=0.6,cos370=0.8。取g=10m/s2,求:

(1)物体A受哪几个力的作用?

(2)将A所受各力在沿斜面方向和垂直斜面方向进行分解,求各力在这两个方向上分力的合力。

(3)A与斜面间的动摩擦因数为多大?

(4)物体A从开始运动1s后的速度和位移各多大?

正确答案

解:(1)受力如图,重力G、支持力FN和摩擦力f 。

(2)分解后沿斜面方向的合力大小F=f+Gsin370=70N,

垂直斜面方向的合力为FN-Gcos370=0

(3)由f=μFN得A与斜面间的动摩擦因数μ=f/FN=0.125

(4)由牛顿第二定律物体的加速度为a=F/m=7m/s2

由运动规律公式,物体的在1s后的速度为v1=v-at=3m/s

位移为s1=vt-at2/2=6.5m。

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如图所示,以O为原点建立直角坐标系Oxy,绝缘光滑水平面沿着x轴,y轴在竖直方向。在水平面上方存在与x轴平行的匀强电场。一个质量m=2.0×10-3kg、电量q=2.0×10-6C的带正电的物体(可作为质点),从O点开始以一定的初速度沿着x轴正方向做直线运动,其位移随时间的变化规律为x=8.0t-10t2,式中x的单位为m,t的单位为s。不计空气阻力,取g=10m/s2

(1)求匀强电场的场强大小和方向;

(2)求带电物体在0.8s内经过的路程;

(3)若在第0.8s末突然将匀强电场的方向变为沿y轴正方向,场强大小保持不变。求在0~1.0s内带电物体电势能的变化量。

正确答案

解:(1)由其位移随时间变化规律得加速度大小为a=20m/s2

根据牛顿第二定律Eq=ma

解得场强E=2.0×104N/C,方向沿x轴负方向

(2)物体在O点的初速度v0=8.0m/s

减速时间t1==0.4s

所以开始0.4s内经过的路程x1==1.6m

后0.4s物体做匀加速直线运动,经过的路程x2==0.8m

0.8s内物体经过的路程s=x1+x2=3.2m

(3)第0.8s末带电物体回到坐标原点O,之后的0.2s物体以初速度v0做类平抛运动

在y方向,根据牛顿第二定律Eq-mg=ma′

解得物体在y方向经过的距离y0=0.2m

电场力做功W=Eqy0=8.0×10-3J

所以电势能减少8.0×10-3J (或电势能的变化量为△EP=-8.0×10-3J)

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民航客机都有紧急出口,发生意外情况时打开紧急出口,狭长的气囊会自动充气生成一条通向地面的斜面,乘客可沿斜面滑行到地面上。某客机紧急出口离地面高度AB=3.0m,斜面气囊长度AC=5.0m,要求紧急疏散时乘客从气囊上由静止下滑到地面的时间不超过2s,g取10m/s2,求:

(1)乘客在气囊上滑下的加速度至少为多大?

(2)乘客和气囊间的动摩擦因数不得超过多大?(忽略空气阻力)

正确答案

解:(1)根据运动学公式

得: ②

(2)乘客在斜面上受力情况如图所示:

       

 ③

 ④

根据牛顿第二定律: ⑤

由几何关系可知

由②-⑤式得: ⑥

乘客和气囊间的动摩擦因数不得超过0.44

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简答题

一质量为2.0kg的物体静止在水平面上,现用大小为4.4N的水平力拉物体,使物体沿水平方向做匀加速直线运动,已知物体与水平面间的滑动摩擦力大小为2.0N。求:

(1)物体的加速度大小;

(2)第2s末的速度大小;

(3)第2s内的位移大小。

正确答案

解:(1)

(2)

(3)

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简答题

升降机由静止开始以加速度a1匀加速上升2s后,速度达到3m/s,接着匀速上升10s后再以加速度a2做匀减速运动,经3s停下来。求:

(1)加速度a1、a2的大小;

(2)升降机上升的高度;

(3)若升降机的总质量为2×103kg,求匀加速过程中的牵引力大小。(g=10m/s2

正确答案

解:(1)由公式a=,得:

匀加速上升过程中加速度:a1=1.5m/s2

匀减速上升过程中加速度:a2=-1m/s2

(2)由公式s=v0t+,得:

匀加速上升过程中上升的高度:h1=3m

匀减速上升过程中上升的高度:h2=4.5m

又因为匀速上升过程中上升的高度:h3=vt3=30m

故升降机上升的总高度:h=h1+h2+h3=37.5m

(3)由牛顿第二定律得:F-mg=ma1,得:

F=2.3×104N

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简答题

如图所示,水平恒力F=20N,把质量m=0.6kg的木块压在竖直墙上,木块离地面的高度H=6m。木块从静止开始向下作匀加速运动,经过2s到达地面。求:

(1)画出木块的受力示意图;

(2)木块下滑的加速度a的大小;

(3)木块与墙壁之间的滑动摩擦系数(g取10m/s2)。

正确答案

解:(1)

(2)由 H=at2/2

      得:a=2H/ t2=3 m/s2

(3)由牛顿第二定律 a=F/M=(mg-f)/m=(mg-μF)/m

      得:μ=m(g- a)/ F=0.21

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简答题

质量为2kg的物体在水平推力F的作用下沿水平面做直线运动,一段时间后撒去F,其运动的v-t图像如图所示。g取10m/s2,求:

(1)物体与水平面间的动摩擦因数μ;

(2)水平推力F的大小;

(3)0-10s内物体运动位移的大小。

正确答案

解:(1)设物体做匀减速直线运动的时间为△t2、初速度为v20、末速度为v2t、加速度为a2

设物体所受的摩擦力为Ff,根据牛顿第二定律,有Ff= ma,②

Ff=-μmg ③

联立②③得

(2)设物体做匀加速直线运动的时间为△t1、初速度为v10、末速度为v1t、加速度为a1,则

根据牛顿第二定律,有F+Ff= ma1

联立③⑥得F=μmg+ma1=6N

(3)解法一:由匀变速直线运动位移公式,得

解法二:根据v-t图像围成的面积,得

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简答题

一个滑雪的人,质量m=60kg,以v0=2m/s的初速度沿倾角θ=30°山坡匀加速滑下,在t=10s的时间内滑下的路程x=100m。(g取10m/s2

(1)作出滑雪人的受力图;

(2)求滑雪人的加速度;

(3)求滑雪人受到的阻力。

正确答案

解:(1)图“略”

(2)由x=v0t+at2         解出:

(3)根据牛顿第二定律有:mgsin300-Ff=ma

                                            Ff= mgsin300-ma

        代入数值得:Ff=204N

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简答题

某航空公司的一架客机在正常航线上作水平飞行时,由于突然受到强大垂直于飞机的气流的作用,使飞机在10 s内高度下降1700 m,使众多未系安全带的乘客和机组人员受到伤害,如果只研究飞机在竖直方向上的运动,且假定这一运动是匀变速直线运动,试计算并说明:

(1)飞机在竖直方向上产生的加速度多大?方向怎样?

(2)安全带对乘客的作用力是其重力的多少倍?(g取10 m/s2

(3)未系安全带的乘客,相对于机舱向什么方向运动?最可能受到伤害的是人体什么部位?(乘客所系的安全带使乘客与飞机座椅连为一体)

正确答案

解:(1)飞机原先是水平飞行,由于垂直气流的作用,飞机在竖直方向上的运动可看作初速度为零的匀加速度直线运动,根据,得,代入h=1700m,t=10s得m/s2,方向竖直向下

(2)乘客受到重力和安全带的拉力作用,由牛顿第二定律得F+G=mA,又A=3.4g,解得F=2.4G

(3)若乘客未系安全带,飞机向下的加速度为34m/s2,人向下的加速度为10m/s2(重力加速度),飞机向下的加速度大于人的加速度,所以人相对机舱将向上运动,会使头部受到严重伤害

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简答题

如图所示,质量m=2kg的木块置于光滑水平面上,在大小F=8N、方向与水平面成θ=60°夹角斜向上的拉力作用下,木块从静止开始沿水平面做匀加速直线运动(g取10m/s2)。求:

(1)木块加速度的大小;

(2)在t =3s时间内木块位移的大小。

正确答案

解:(1)设木块的加速度为a,由牛顿第二定律可知

代入数据得a=2m/s2

(2)木块的位移

代入数据得x=9m

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简答题

如图所示,质量m=4kg的物体静止在水平地面上,其与地面间的动摩擦因数µ=0.2.现用水平向右的外力F=10N拉物体,求:

(1)物体在2s末的速度多大;

(2)前2s内拉力F做多少功;

(3)若2s末撤去拉力,物体还要经过多长时间才能停下来.

正确答案

(1)前2s内物体加速运动,受重力、支持力、拉力和滑动摩擦力,根据牛顿第二定律,有:

物体的加速度a===0.5m/s2

2s末物体的速度:v=at=0.5×2=1m/s

(2)前2s位移为:x=at2=×0.5×22m=1m;

故拉力功为:W=Fx=10×1=10J;

(3)撤去拉力后,滑块匀减速直线运动,加速度为a′=-μg=-2m/s2

故运动时间为:t′==0.5s;

答:(1)物体在2s末的速度为1m/s;

(2)前2s内拉力F做10J的功;

(3)若2s末撤去拉力,物体还要经过0.5s时间才能停下来.

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简答题

如图所示,长12m质量为50kg的木板右端有一立柱。木板置于水平地面上,木板与地面间的动摩擦因数为0.1,质量为50kg的人立于木板左端,木板与人均静止,当人以4m/s2的加速度匀加速向右奔跑至板的右端时,立刻抱住立柱,取g=10m/s2。试求:

(1)人在奔跑过程中受到的摩擦力的大小;

(2)人在奔跑过程中木板的加速度;

(3)人从开始奔跑至到达木板右端所经历的时时间。

正确答案

解:(1)设人的质量为m,加速度为a1,木板的质量为M,加速度为a2,人对木板的摩擦力为f 

      则对人有:f = ma1= 200N,方向向右

(2)对木板受力可知:f-μ (M + m) g = Ma2

      则:a2=  

      代入数据解得:a2 = 2 m/s2,方向向左

(3)设人从左端跑到右端时间为t

      由运动学公式得:L = a1t2 + a2t2

      则:t =

      代入数据解得:t = 2 s

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简答题

质量为M的拖拉机拉着耙来耙地,由静止开始做匀加速直线运动,在时间t内前进的距离为s。耙地时,拖拉机受到的牵引力恒为F,受到地面的阻力为自重的k倍,耙所受阻力恒定,连接杆质量不计且与水平面的夹角θ保持不变。求:

(1)拖拉机的加速度大小;

(2)拖拉机对连接杆的拉力大小。

正确答案

解:(1)拖拉机在时间t内匀加速前进s,根据位移公式

 ①

变形得

(2)对拖拉机:受到牵引力、支持力、重力、地面阻力和连杆拉力T,根据牛顿第二定律

 ③

联立②③变形得

根据牛顿第三定律,连杆对耙的反作用力为 ⑤

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