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简答题

如图甲所示,质量m=2.0kg的物体静止在水平面上,物体跟水平面间的动摩擦因数μ=0.20。从t=0时刻起,物体受到一个水平力F的作用而开始运动,前8s内F随时间t变化的规律如图乙所示.g取10m/s2。求:

(1)第6s末物体的速度。

(2)前8s内水平力F所做的功。

   

正确答案

解:(1)0-4s:F-μmg=ma1,a1=3m/s2,v1=at1=12m/s

4-5s:-(F+μmg)=ma2,a1=-7m/s2,v2=v1+a2t2=5m/s

5-6s:-μmg=ma3,a3=-2m/s2,v3=v2+a3t3=3m/s

(2)0-4s内位移s1 =v1t1/2=24m

4-5s内位移s2==8.5 m

WF=F1S1-F2S2  

WF=155J

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简答题

摩天大楼中一部直通高层的客运电梯,行程超过百米。电梯的简化模型如图1所示,考虑安全、舒适、省时等因素,电梯的加速度a随时间t变化的。已知电梯在t=0时由静止开始上升,a-t图像如图2所示。电梯总质最m=2.0×103kg,忽略一切阻力,重力加速度g取10m/s2。求

(1)电梯在上升过程中受到的最大拉力F1和最小拉力F2;   

(2)类比是一种常用的研究方法。对于直线运动,教科书中讲解了由v-t图像求位移的方法。请你借鉴此方法,对比加速度的和速度的定义,根据图2所示a-t图像,求电梯在第1s内的速度改变量△v1和第2s末的速率v2

(3)求电梯以最大速率上升时,拉力做功的功率p;再求在0~11s时间内,拉力和重力对电梯所做的总功W。

正确答案

解:(1)根据牛顿运动定律

,代入数据得:

,代入数据得:

(2)面积法:

(3)最大速度

电梯以最大速率上升时,拉力做功的功率W

根据动能定理:在0~11s时间内,拉力和重力对电梯所做的总功

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简答题

列车在机车的牵引下沿平直铁轨匀加速行驶,在t=100s内速度由v0=5.0m/s增加到vt=15.0m/s。

(1)求列车的加速度大小;

(2)若列车的质量是m=1.0×106kg,机车对列车的牵引力是F0=1.5×105N,求列车在运动中所受的阻力大小;

(3)求此过程中机车牵引力做的功。

正确答案

解:(1)根据a=(vt-v0)/t

代入数据得:a=0.1m/s2

(2)设列车在运动中所受的阻力大小为f

由牛顿第二定律:F=F0-f=ma

代入数据解得:f=5.0×104N

(3)s=t=

W=F0S=1.5×108J

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简答题

如图(a)所示,“ ”型木块放在光滑水平地面上,木块水平表面AB粗糙,光滑表面BC且与水平面夹角为θ=37°.木块右侧与竖直墙壁之间连接着一个力传感器,当力传感器受压时,其示数为正值;当力传感器被拉时,其示数为负值.一个可视为质点的滑块从C点由静止开始下滑,运动过程中,传感器记录到的力和时间的关系如图(b)所示.已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2.求:

(1) 斜面BC的长度;

(2) 滑块的质量;

(3) 运动过程中滑块克服摩擦力做的功.

正确答案

解:(1)分析滑块受力,由牛顿第二定律得:a1=gsinθ=6m/s2

通过图像可知滑块在斜面上运动时间为:t1=1s

由运动学公式得:

(2)滑块对斜面的压力为:N1'=mgcosθ

木板对传感器的压力为:F1=N1'sinθ

由图像可知:F1=12N

解得:m=2.5Kg

(3)滑块滑到B点的速度为:v1=a1t1=6m/s

由图像可知:f1=5N,t2=2s

W=fs2=40J.

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简答题

装有装饰材料的木箱A质量为50kg,放在水平地面上,木箱与地面间的动摩擦因数为。要将木箱运送到90m远处的施工现场,如果用大小为450N,方向与水平方向成370夹角斜向上的拉力拉木箱A,使它从静止开始运动,能够到达90m远处的施工现场,拉力至少做多少功?(已知sin370=0.6,cos370=0.8. 取g=10m/s2,设木箱与地面间的动摩擦因数处处相同,结果保留2位有效数字)

正确答案

解:设木箱在拉力F作用下加速运动的加速度为,此时受到地面的摩擦阻力为f ,支持力为

则有:

            

          

联立以上三式,代入数据可解得:m/s2

要想拉力做最少的功而能达到目的,即在撤去拉力后让木箱自行减速滑行到90m远处停下,

设此过程中木箱的加速度大小为,则有: m/s2 设木箱加速运动的位移为,减速运动的位移为,整个运动过程中的最大速度为v,

则有:

又因为:m

代入数据可解得:

故拉力至少做的功为:J。

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简答题

如图,一块质量为M=2kg,长L=1m的匀质木板放在足够长的光滑水平桌面上,初始时速度为零。板的最左端放置一个质量m=1kg的小物块,小物块与木板间的动摩擦因数为μ=0.2,小物块上连接一根足够长的水平轻质细绳,细绳跨过位于桌面边缘的定滑轮(细绳与滑轮间的摩擦不计,木板与滑轮之间距离足够长,g=10m/s2)。

(1)若木板被固定,某人以F=4N向下拉绳,则小木块滑离木板所需要的时间是多少?整个过程恒力F做多少功?

(2)若木板不固定,某人仍以恒力F=4N向下拉绳,则小木块滑离木板所需要的时间是多少?整个过程恒力F做多少功?

正确答案

解:(1)对小物块受力分析,由牛顿第二定律得:

代入数据得:a=2m/s2

运动学公式

代入数据得

(2)对小物块、木板受力分析,由牛顿第二定律得:

 ①

 ②

由①②代入数据得:a1=2m/s2,a2=1m/s2

物块的位移

木板的位移 ④

由③④⑤代入数据得t2=s ⑥

由③⑥代入数据得2m

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简答题

如图所示,用F=5.0 N的水平拉力,使质量m=5.0 kg的物体由静止开始沿光滑水平面做匀加速直线运动。求:

(1)物体开始运动后t=2.0 s内通过的距离x;

(2)这段时间内,力F对物体做的功W。

正确答案

(1)x=2m

(2)W=10J

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简答题

如图所示,静止在光滑水平桌面的布带上有一质量为m=1.0kg的小铁块,它离布带的右端距离为L=0.5 m,铁块与布带间动摩擦因数为μ=0.1,现用力从静止开始向左以a0=2 m/s2的加速度将布带从铁块下抽出,假设铁块大小不计,铁块不滚动,g取10m/s2,求:

(1)将布带从铁块下抽出需要多长时间?

(2)布带对铁块做了多少功?

正确答案

解:(1)设铁块离开带时,相对桌面移动了x的距离,布带移动的距离为L+x,铁块滑动的加速度为a

由牛顿第二定律得:μmg=ma,a=μg=1m/s2

根据运动学公式有:L+x=,x=

解得:t==1s

(2)x==0.5m

布带对铁块做的功:W=μmgx=0.5J

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如图(a)所示,“ ”型木块放在光滑水平地面上,木块水平表面AB粗糙,光滑表面BC且与水平面夹角为θ=37°.木块右侧与竖直墙壁之间连接着一个力传感器,当力传感器受压时,其示数为正值;当力传感器被拉时,其示数为负值.一个可视为质点的滑块从C点由静止开始下滑,运动过程中,传感器记录到的力和时间的关系如图(b)所示.已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2.求:

(1) 斜面BC的长度;

(2) 滑块的质量;

(3) 运动过程中滑块克服摩擦力做的功.

正确答案

解:(1)分析滑块受力,由牛顿第二定律得:a1=gsinθ=6m/s2

通过图像可知滑块在斜面上运动时间为:t1=1s

由运动学公式得:

(2)滑块对斜面的压力为:N1'=mgcosθ

木板对传感器的压力为:F1=N1'sinθ

由图像可知:F1=12N

解得:m=2.5Kg

(3)滑块滑到B点的速度为:v1=a1t1=6m/s

由图像可知:f1=5N,t2=2s

W=fs2=40J.

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一个圆柱形的竖直的井里存有一定量的水,井的侧面和底部是密闭的,在井中固定地插着一根两端开口的薄壁圆管,管中井共轴,管下端未触及井底。在圆管内有一不漏气的活塞,它可沿圆管上下滑动。开始时,管内外水面相齐,且活塞恰好接触水面,如图所示。现用卷扬机通过绳子对活塞施加一个向上的力F,使活塞缓慢向上移动。已知管筒半径r=0.100m,井口半径R=2r,水的密度ρ=1.00×103kg/m3,大气压p0=1.00×105Pa。求活塞上升H=9.00m的过程中拉力F所做的功。(井和管在水面以上及水面以下的部分都足够长,不计活塞质量,不计磨擦,重力加速度g=10m/s2

正确答案

解:从开始提升到活塞升到外水面高度差为,活塞始终与管内液体接触。(再提升活塞时,活塞和水面之间将出现真空,另行讨论)

设活塞上升距离为h1,管外液面下降距离为h2,h0=h1+h2 因液体体积不变,有,得

题给H=9m>h1,由此可知确实有活塞下面是真空的一段过程

活塞移动距离从零到h1的过程中,对于水和活塞这个整体,其机械能的增量应等于除重力外其他力所做的功因为始终无动能,所以机械能的增量也就是等于重力势能的增量。即,其他力有管内、管外的大气和拉力F

因为液体不可压缩,所以管内、外大气压力做的总功。,故外力做力就只是拉力F做的功,由功能关系知

即:

活塞移动距离从h1到H的过程中,液面不变,F是恒力,F做功

所求拉力F做的总功为

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简答题

如图所示,传送带与地面倾角θ=37°,AB长为16米,传送带以10米/秒的速度匀速运动。在传送带上端A无初速地释放一个质量为0.5千克的物体,它与传送带之间的动摩擦系数为μ=0.5,求:

(1)物体从A运动到B所需时间;

(2)物体从A运动到B的过程中,摩擦力对物体所做的功。(g=10米/秒2

正确答案

解:(1)当物体下滑速度小于传送带时,物体的加速度为a1,(此时滑动摩擦力沿斜面向下)则:

t1=v/a1=10/10=1m

当物体下滑速度大于传送带V=10m/s时,物体的加速度为a2(此时f沿斜面向上)则:

即:10t2+t22=11

解得:t2=1s(t2=-11s舍去)

所以,t=t1+t2=1+1=2s

(2)W1=fs1=μmgcosθS1=0.5×0.5×10×0.8×5=10J

W2=-fs2=-μmgcosθS2=-0.5-0.5×10×0.8×11=-22J

所以,W=W1+W2=10-22=-12J

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简答题

为了减少战斗机起飞时在甲板上加速的时间和距离,现代航母大多采用了蒸汽弹射技术。一架总质量M=5.0×103kg的战机如果采用滑行加速(只依靠自身动力系统加速),要达到vo=60m/s的起飞速度,甲板水平跑道的长度至少为120m。采用蒸汽弹射技术,战机在自身动力和持续的蒸汽动力共同作用下只要水平加速60m就能达到起飞速度。假设战机起飞过程是匀加速直线运动,航母保持静止,空气阻力大小不变,取g=l0m/s2

(1)采用蒸汽弹射技术,求战机加速过程中加速度大小以及质量m=60kg的飞行员受到座椅作用力的大小;

(2)采用蒸汽弹射技术,弹射系统的弹力为多大?弹力在加速60m的过程中对战机做的功是多少?

正确答案

解:(1)设战机在自身动力和蒸汽动力共同作用下滑行的加速度为a,则

v02=2as

解得a=30m/s2飞行员受到座椅水平方向的作用力Fx=ma=1.8×103N

飞行员受到座椅竖直方向的作用力Fy=mg=6.0×102N

飞行员受到座椅作用力的大小

(2)设战机只依靠自身动力作用下滑行的加速度为a1,空气阻力为f,自身动力大小F1,弹射系统的弹力大小F2,则

v02=2a1s1F1-f=Ma1F2+F1-f=Ma

代入数据得F2=7.5×104N

弹射系统的弹力对战机做的功W2=F2s=4.5×106J

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简答题

如图所示,一物体以100J的初动能,从斜面底端的A点沿斜面向上作匀减速直线运动,它到达B点时,动能减少了80J,机械能减少了32J,已知A、B间的距离s=2m,试求:

(1)物体沿斜面运动中所受到的滑动摩擦力做的功是___________J,摩擦力f的大小是___________N;

(2)物体沿斜面向上运动达到最高处时,摩擦力做的总功是____________J,在最高处物体所具有的重力势能是_____________J;

(3)物体从最高点沿原路下滑到达A点时的动能是多少?

正确答案

(1)-32,16

(2)-40,60

(3)20J

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简答题

如图所示,在距水平地面高为0.4m处,水平固定一根长直光滑杆,杆上P处固定一定滑轮,滑轮可绕水平轴无摩擦转动,在P点的右边,杆上套一质量m=3kg的滑块A,半径R=0.3m的光滑半圆形轨道竖直地固定在地面上,其圆心O在P点的正下方,在轨道上套有一质量m=3kg的小球B,用一条不可伸长的柔软细绳,通过定滑轮将小球和滑块连接起来。杆和半圆形轨道在同一竖直平面内,滑块和小球均可看着质点,且不计滑轮大小的影响。现给滑块A施加一个水平向右,大小为60N的恒力F,则

(1)求把小球B从地面拉到半圆形轨道顶点C的过程中力F做的功?

(2)求小球B运动到C处时所受的向心力的大小?

(3)求小球B被拉到离地多高时,滑块A与小球B的速度大小相等?

正确答案

(1)24J

(2)100N

(3)0.225m

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简答题

如图所示,质量m=10kg的物体放在水平面上,物体与水平面间动摩擦因数为μ=0.4,取g=10m/s2,今用大小为F=50N的水平恒力作用于物体,使物体由静止开始作匀加速直线运动,经t=8s后撤去F,求:

(1)力F所做的功;

(2)8s末物体的动能;

(3)物体从开始运动直到最终静止的整个过程中克服摩擦力所做的功。

正确答案

解:(1)根据牛顿第二定律:F-μmg=ma

解得:a=1m/s2

由运动学公式有:s=at2=32m

根据功的公式:W=Fs=1600J

(2)由运动学公式有:v=at=8m/s

所以:EK=mv2=320J

(3)对整个过程用动能定理:Fs-WF=0

解得:WF=Fs=1600J

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