- 牛顿运动定律
- 共1024题
6.如图所示,在垂直纸面向里,磁感应强度为B的匀强磁场中,质量为m,带电量为+q的小球穿在足够长的水平固定绝缘的直杆上处于静止状态,小球与杆间的动摩擦因数为.现对小球施加水平向右的恒力F0,在小球从静止开始至速度最大的过程中,下列说法中正确的是()(全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分.)
正确答案
解析
小球开始滑动时根据牛顿第二定律有:F0-μ(mg-qvB)=ma,随v增大,a增大,当时,a达最大值
,摩擦力f=μ(mg-qvB)最小;此时洛伦兹力等于mg,支持力等于0,此后随着速度增大,洛伦兹力增大,支持力反向增大,此后滑动过程中有:F0-μ(qvB-mg)=ma,随v增大,a减小,当a=0,此时达到平衡状态,速度不变且最大,则最大速度为
,此时的摩擦力f=μ(qvB-mg)随速度的增大而增大,所以整个过程中,v先增大后不变;a先增大后减小,摩擦力先减小后增大,故BC正确,AD错误;
考查方向
运动电荷在磁场中受到的力——洛仑兹力;牛顿第二定律;左手定则
解题思路
小球从静止开始运动,受到重力、支持力、洛伦兹力、摩擦力,根据牛顿第二定律表示出加速度,进而分析出最大速度和最大加速度.
易错点
关键是正确的对小球进行受力分析,抓住当速度增大时,洛伦兹力增大,比较洛伦兹力与重力的大小关系,得出摩擦力的变化情况.
知识点
1.将物体以某一速度竖直向上抛出,到达最高点后返回,运动过程中所受空气阻力与速度成正比.重力加速度取10m/s2,取向上方向为正方向.则此物体的加速度随时间变化的图象可能正确的是()
正确答案
解析
上升阶段:物体受重力和向下的阻力,合力向下,故加速度向下,因取向上方向为正方向,与规定正方向相反,故a为负值;
由于速度减小,阻力减小,故合力减小,加速度减小;
下降阶段:受重力和向上的阻力,物体是加速下降,故加速度向下,也为负值;由于速度增加,阻力增加,合力减小,故加速度进一步减小;故C正确,ABD错误;
考查方向
牛顿第二定律
解题思路
上升阶段,物体受重力和向下的阻力,根据牛顿第二定律判断加速度的方向;下降时受重力和向上的阻力,依然是根据牛顿第二定律判断加速度的方向.
易错点
关键是对物体进行受力分析,得到合力的方向为负方向,因阻力随着速度的增加而增加,故合力是变化的,根据牛顿第二定律可知加速度是变化的.
知识点
4.如图,在倾角为α的固定光滑斜面上,有一用绳子栓着的长木板,木板上站着一只猫.已知木板的质量是猫的质量的2倍.当绳子突然断开时,猫立即沿着板向上跑,以保持其相对斜面的位置不变.则此时木板沿斜面下滑的加速度为( )
正确答案
解析
木板沿斜面加速下滑时,猫保持相对斜面的位置不变,即相对斜面静止,加速度为零.将木板和猫作为整体,根据牛顿第二定律F合=F猫+F木板=0+2ma(a为木板的加速度),整体受到的合力的大小为猫和木板沿斜面方向的分力的大小,
即F合=3mgsinα,解得,故C正确,ABD错误.
考查方向
牛顿第二定律
解题思路
对猫和木板受力分析受力分析,可以根据各自的运动状态由牛顿第二定律分别列式来求解,也可以把猫和木板当做一个整体,利用整体法计算.
易错点
关键是对研究对象进行正确的受力分析,应用整体法或隔离法.
知识点
如图,一对表面粗糙的平行金属轨道竖直固定在水平地面上,轨道与地面绝缘,轨道顶端连接有一定值电阻R,在A1A2、A3A4区域内有垂直于轨道平面向里的匀强磁场.一水平金属杆CD通过两金属环套在轨道上,现使金属杆CD以某一初速度竖直向上运动,穿过磁场区域后继续上升到最高位置A5A6,然后落回地面,此后不再运动.已知金属杆CD与轨道间的摩擦力大小恒为其重力的倍,金属杆CD向上运动经过A1A2和A3A4位置时的速度之比为2 :1,A3A4与A5A6间的距离是A1A2与A3A4间的距离的n倍,金属杆CD向下运动刚进入磁场区域就做匀速运动,重力加速度为g,金属轨道与金属杆CD的电阻都忽略不计,
求:
29.金属杆CD向上、向下两次经过A3A4位置时的速度之比;
30.金属杆CD向上运动经过A1A2刚进入磁场时的加速度大小;
31.金属杆CD向上、向下两次经过磁场区域的过程中定值电阻R上产生的焦耳热之比.
正确答案
解析
(1)设杆的质量为m,A3A4与A5A6间的距离为h,上升过程中的加速度大小为:
又
则
下降过程中的加速度大小为:
又
则
即:
考查方向
电磁感应中的力学
解题思路
对金属杆受力分析,由牛顿第二定理求出加速度,然后由运动学公式计算出速度v,即可求出比值。
易错点
金属杆CD向上、向下两次经过A3A4位置时没有安培力。
正确答案
解析
设杆的长度为,杆向上运动经过A1A2时的速度为
,切割产生的电动势
回路中的电流
杆受到的安培力大小,方向竖直向下。
杆向上经过A1A2刚进入磁场时,由牛顿第二定理得:
得
由题意知,杆下落进人磁场做匀速直线运动的速度v2,
切割产生的电动势为:
回路中的电流为:
杆受到的安培力:
这一过程杆受力平衡:
可得:
代入数据得:
考查方向
电磁感应中的力学
解题思路
对金属杆CD向上运动经过A1A2刚进入磁场时受力分析,结合欧姆定律和牛顿第二定理就可求出加速度a。
易错点
此题过程复杂,运动状态复杂,要仔细分析清楚各不同阶段的运动情况和受力情况。
正确答案
解析
设A3A2与A3A4的距离为d,杆向上穿过磁场的过程中,由动能定理经过A3A4继续上升nd,这一过程由动能定理得:
则:
杆下落 过程中,
由功能关系得:
即
考查方向
电磁感应中的能量
解题思路
根据功能关系,定值电阻R上产生的焦耳热数值上等于安培力做的功。
易错点
不会应用常见的功能关系。
20.如图所示,质置为m的小球套在与水平面倾角为60°的固定光滑杆上,一根轻质弹簧的一端悬挂于O点,另一端与小球相连,弹簧与杆在同一竖直平面内,将小球沿杆拉至弹簧水平位置(此时弹簧刚好为原长)由静止释放,小球沿杆下滑,当弹簧位于竖直位置时,小球速度恰好为零,此时小球下降的竖直高度为h.若全过程弹簧处于弹性限度内,则下面叙述正确的是:
正确答案
解析
A、释放瞬间,弹簧的弹力为零,由牛顿第二定得:小球加速度为 ,故A正确;
B、弹簧与杆垂直时,弹力方向与杆垂直,合外力方向等于重力沿杆向下的分力,小球继续加速,此时小球的速度没有达到最大值,故B错误;
C、小球运动过程中,只有重力和弹簧弹力做功,系统的机械能守恒,可知小球释放瞬间,弹簧的弹性势能为零,为最小,故此时小球的动能与重力势能之和最大,当弹簧与杆垂直时,弹簧有弹性势能,小球的动能与重力势能之和不是最大,故C错误;
D、小球下滑至最低点的过程中,系统机械能守恒,初、末位置动能都为零,由系统的机械能守恒可知,弹簧的弹性势能增加量等于重力势能的减小量,即为mgh,故D正确.
考查方向
功能关系;机械能守恒定律;牛顿第二定律
解题思路
加速度根据牛顿第二定律求.弹簧与杆垂直时,合外力方向沿杆向下,小球继续加速,速度没有达到最大值,运动过程中,只有重力和弹簧弹力做功,系统机械能守恒,根据机械能守恒定律分析解答.
易错点
正确分析小球的受力情况和运动情况,分析能量转化的情况,理解机械能守恒的条件.
知识点
16.2016年1月28日消息,重庆将建空中卫生应急救援队,救援直升机转运停机坪覆盖区县.假设应急救援中直升机下面吊着一个箱子,箱子里装有一物体,箱子里物体刚好与箱顶接触,在直升机快速竖直生升的过程中,悬挂箱子的绳子突然断了,伺候箱子在运动过程中保持开始时的姿势,箱子所受的空气阻力与箱子运动速率的平方成正比,则在绳断后箱子运动过程中(箱子在空中运动的时间足够长),下列说法正确的是:
正确答案
解析
A、在绳断后箱子由于惯性要继续上升一段距离,不是立即竖直向下运动,故A错误;
B、绳断的一瞬间,设箱子的质量为M,箱内物体的质量为m,以箱子与箱内物体整体为研究对象,根据牛顿第二定律得:(M+m)g+f=(M+m)a,可得:a>g.对箱内物体,设箱子对物体有向下的作用力,大小为F.由牛顿第二定律得:mg+F=ma,则得 F>0,说明箱子对箱内物体有向下的作用力,因此物体对箱子有向上的作用力,故B错误;
C、箱子上升的过程,根据牛顿第二定律得:
(M+m)g+f=(M+m)a,又 f=kv2,可得:
(M+m)g+kv2=(M+m)a,可知v减小,a减小,箱子下落过程,根据牛顿第二定律得:(M+m)g-kv2=(M+m)a,v增大,a减小,所以箱子的加速度一直减少,故C错误;
D、箱子上升的过程中,箱子对物体有向下的作用力,对物体做负功,箱内物体的机械能减小,箱子下落过程,对箱内物体,设箱子对物体有向下的作用力,大小为F′.根据牛顿第二定律得:
mg+F′=ma,由上分析知,a<g,可得 F′<0,说明箱子对物体的作用力向上,对物体做负功,则物体的机械能减小,因此物体的机械能一直减小,故D正确.
考查方向
机械能守恒定律;运动的合成和分解;牛顿第二定律
解题思路
在绳断后箱子由于惯性要继续上升一段距离.箱子所受的空气阻力与箱子下落速度的平方成正比,刚开始时,速度增大,阻力越来越大,当阻力等于重力时,箱子做匀速运动,根据牛顿第二定律和机械能守恒的条件即可分析.
易错点
关键要灵活选择研究对象,根据物体的运动情况,根据牛顿第二定律来分析物体受力的大小情况.
知识点
24.民用航空客机的机舱,除了有正常的舱门和舷梯连接,供旅客上下飞机外,一般还配有紧急出口.发生意外情况的飞机在着陆后,打开紧急出口的舱门,会自动生成一个气囊(由斜面部分AC和水平部分CD构成),机舱中的人可沿该气囊滑行到地面上来,如图所示.某机舱离气囊底端的竖直高度AB=3.0m,气囊构成的斜面长AC=5.0m,AC与地面之间的夹角为θ.斜面部分AC和水平部分CD平滑连接.一个质量m=60kg的人从气囊上由静止开始滑下,最后滑到水平部分上的E点静止,已知人与气囊之间的动摩擦因数为μ=0.55.不计空气阻力g=10m/s2.求人从A点开始到滑到E 点所用的时间.(共10分)
正确答案
3.23 s.
解析
人的受力如图所示,
由牛顿运动定律得:mgsin θ﹣μFN=ma
FN﹣mgcosθ=0,
则:a=gsinθ﹣μgcosθ,
解得:a=1.6 m/s2
设人在斜面部分滑下所用的时间为t1,
s=at
,
代入数据解得:t1=2.5 s
设人滑到斜面底端C时的速度为vC,
vC=at1=1.6×2.5=4 m/s
由牛顿运动定律得:μmg=ma′
由0﹣vC=(﹣a′)t2
解得:t2=0.73 s
故人从开始到滑到E点所用的时间:t=t1+t2=3.23 s.
考查方向
牛顿运动定律的综合应用;匀变速直线运动的位移与时间的关系
解题思路
由牛顿第二定律求出加速度,然后由运动学公式求出人在斜面与水平面上的运动时间,然后求出总的运动时间.
易错点
关键是分析清楚人的运动过程,人在斜面部分做匀加速直线运动,人在水平部分做匀减速直线运动,应用牛顿第二定律与运动学公式联立解答.
知识点
3.一质量为m的木块静止在光滑的水平面上,从t=0开始,将一个大小为F的水平恒力作用在该木块上,在t=t1时刻力F的瞬时功率是( )
正确答案
解析
由牛顿第二定律可以得到,F=ma,所以,t1时刻的速度为:
,所以t1时刻F的功率为
故C正确,ABD错误;
考查方向
功率、平均功率和瞬时功率
解题思路
物体做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律可以求得物体的加速度的大小,再由速度公式可以求得物体的速度的大小,由P=FV来求得瞬时功率.
易错点
计算平均功率和瞬时功率时一定要注意公式的选择,,只能计算平均功率的大小,而P=Fv可以计算平均功率也可以是瞬时功率,取决于速度是平均速度还是瞬时速度.
知识点
3.如图所示,某杂技演员在做手指玩耍盘子的高难度表演。若盘的质量为m,手指与盘之间的动摩擦因数为,重力加速度为g,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,盘底处于水平状态且不考虑盘的自转。则下列说法正确的是 ()
正确答案
解析
A、若手指支撑着盘,使盘保持静止状态,则手指对盘的作用力等于mg,故A错误;
B、若手支撑着盘子一起水平向右匀速运动,合力为零,盘子受重力和支持力,不受静摩擦力,故B错误;
CD、若手支撑着盘子一起水平向右匀加速运动,盘子受重力、支持力和静摩擦力,其中重力和支持力平衡,静摩擦力等于合力,提供加速度,故加速度最大为a=µg;手对盘子的作用力为支持力和静摩擦力的合力,由于f≤μmg,故手对盘子的作用力大小不可超过 ,故C错误,D正确;
考查方向
牛顿第二定律;静摩擦力和最大静摩擦力
解题思路
若手支撑着盘子一起水平向右匀速运动,盘子受重力和支持力而平衡;若若手支撑着盘子一起水平向右匀加速运动,盘子受重力、支持力和静摩擦力,静摩擦力等于合力,产生加速度,根据牛顿第二定律列式分析.
易错点
已知运动情况分析受力情况,关键是找到加速度的方向,结合牛顿第二定律进行受力分析.
知识点
如图所示,质量为m的导体棒垂直放在光滑、足够长的U形导轨底端,导轨宽度和棒长相等且接触良好,导轨平面与水平面成θ角。整个装置处在与导轨平面垂直的匀强磁场中。现给导体棒沿导轨向上的初速度v0,经时间t0,导体棒到达最高点,然后开始返回,到达底端前已做匀速运动,速度大小为。已知导体棒的电阻为R,其余电阻不计,重力加速度为g,忽略电路中感应电流之间的相互作用。求:
27.导体棒从开始到返回底端的过程中回路中产生的电能E。
28.导体棒在底端开始运动时的加速度的大小a。
正确答案
m
解析
根据能量守恒得
考查方向
能量守恒定律
解题思路
根据能量的转化与守恒,导体棒减少的动能转化为回路中的电能;
易错点
理解导体棒向上滑动过程中,克服安培力做功,把导体棒的动能转化为回路中的电能.
正确答案
5gsinθ(9分)
解析
在底端,设棒上电流为I,加速度为a,由牛顿第二定律,则:(mgsinθ+BIL)=ma
由欧姆定律,得, E=BLv0
由上述三式,得
棒到达底端前已经做匀速运动则有:
代人数据,得a=5gsinθ
考查方向
牛顿第二定律
解题思路
导体棒在底端开始运动时受到重力、斜面的支持力和安培力的作用,沿斜面的方向重力的分力与安培力提供加速度,根据牛顿第二定律即可求出加速度.
易错点
关键抓住棒达到达底端前已做匀速运动,列出平衡方程找到此时安培力与重力沿导轨向下分量的关系.
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