- 牛顿运动定律
- 共1024题
如图所示,长为L、内壁光滑的直管与水平地面成30°角固定放置。将一质量为m的小球固定在管底,用一轻质光滑细线将小球与质量为M=km的小物块相连,小物块悬挂于管口。现将小球释放,一段时间后,小物块落地静止不动,小球继续向上运动,通过管口的转向装置后做平抛运动,小球在转向过程中速率不变。(重力加速度为g)
(1)求小物块下落过程中的加速度大小;
(2)求小球从管口抛出时的速度大小;
(3)试证明小球平抛运动的水平位移总小于。
正确答案
(1)
(2) (k>2)
(3)见解析
解析
(1)设细线中的张力为T,根据牛顿第二定律,
且
解得:
(2)设M落地时的速度大小为v,m射出管口时速度大小为v0,M落地后m的加速度为a0。
根据牛顿第二定律
匀变速直线运动
解得: (k>2)
(3)平抛运动
解得
因为,所以
,得证。
知识点
在光滑水平桌面上有一边长为L、电阻为R的正方形导线框;在导线框右侧有一宽度为d(d>L )的条形匀强磁场区域,磁场的边界与导线框的一边平行,磁场方向竖直向下。导线框以某一初速度向右运动,t=0是导线框的右边恰与磁场的左边界重合,随后导线框进入并通过磁场区域。下列v-t图像中,可能正确描述上述过程的是
正确答案
解析
线框进入磁场时,由右手定则和左手点则可知线框受到向左的安培力,由于,则安培力减小,故线框做加速度减小的减速运动;同理可知线框离开磁场时,线框也受到向左的安培力,做加速度减小的减速运动;线框完全进入磁场后,线框中没有感应电流,不再受安培力作用,线框做匀速运动。
知识点
如图,一不可伸长的轻绳上端悬挂于O点,T端系一质量m=1.0kg的小球。现将小球拉到A点(保持绳绷直)由静止释放,当它经过B点时绳恰好被拉断,小球平抛后落在水平地面上的C点。地面上的D点与OB在同一竖直线上,已知绳长L=1.0 m,B点离地高度H=1.0 m,A、B两点的高度差h=0.5 m,重力加速度g取10m/s2,不计空气影响,
(1)地面上DC两点间的距离s;
(2)轻绳所受的最大拉力大小。
正确答案
见解析。
解析
(1)小球从A到B过程机械能守恒,有 ①
小球/日到C做平抛运动,在竖直方向上有 ②
在水平方向上有s=vBt ③
由①②③式解得s=1.41m ④
(2)小球下摆到达B点时,绳的拉力和重力的合力提供向心力,有⑤
由①⑤式解得F=20N⑥
根据牛顿第三定律F’=-F⑦
轻绳所受的最大拉力为20 N。
知识点
如图,用跨过光滑定滑轮的缆绳将海面上一搜失去动力的小船沿直线拖向岸边。已知拖动缆绳的电动机功率恒为P,小船的质量为m,小船受到的阻力大小恒为f,经过A点时的速度大小为V0,小船从A点沿直线加速运动到B点经历时间为t1,A、B两点间距离为d,缆绳质量忽略不计。求:
(1)小船从A点运动到B点的全过程克服阻力做的功W1;
(2)小船经过B点时的速度大小V1;
(3)小船经过B点时的加速度大小a。
正确答案
见解析。
解析
(1)小船从A点运动到B点克服阻力做功
①
(2)小船从A点运动到B点,电动机牵引绳对小船做功
W=Pt1 ②
由动能定理有 ③
由①②③式解得 ④
(3)设小船经过B点时绳的拉力大小为F,绳与水平方向夹角为θ,电动机牵引绳的速度大小为u
则 P=Fu ⑤
⑥
由牛顿第二定律有 ⑦
由④⑤⑥⑦得 。
知识点
如图所示,“旋转秋千”中的两个座椅A、B 质量相等,通过相同长度的缆绳悬挂在旋转圆盘上. 不考虑空气阻力的影响,当旋转圆盘绕竖直的中心轴匀速转动时,下列说法正确的是
正确答案
解析
AB两个座椅具有相同的角速度。
A:根据公式:v=ω•r,A的运动半径小,A的速度就小,故A错误;
B:根据公式:a=ω2r,A的运动半径小,A的向心加速度就小,故B错误;
C:A的向心加速度就小,A的向心力就小,A对缆绳的拉力就小,故C错误;D正确。
知识点
如题图所示,半径为R的半球形陶罐,固定在可以绕竖直轴旋转的水平转台上,转台转轴与过陶罐球心O的对称轴OO′重合。转台以一定角速度ω匀速转动,一质量为m的小物块落入陶罐内,经过一段时间后小物块随陶罐一起转动且相对罐壁静止,它和O点的连线与OO′之间的夹角θ为60°,重力加速度大小为g。
(1)若ω=ω0,小物块受到的摩擦力恰好为零,求ω0;
(2)若ω=(1±k)ω0,且0<k<1,求小物块受到的摩擦力大小和方向。
正确答案
见解析。
解析
(1)对小物块受力分析可知:
FN cos 60°=mg
R′=R sin 60°
联立解得:ω0=
(2)由于0<k<1,
当ω=(1+k)ω0时,物块受摩擦力方向沿罐壁切线向下。
由受力分析可知:
FN′cos 60°=mg+fcos 30°
FN′sin 60°+fsin 30°=mR′ω2
R′=Rsin 60°
联立解得:
当ω=(1-k)ω0时,物块受摩擦力方向沿罐壁切线向上,由受力分析和几何关系知。
FN″cos 60°+f′sin 60°=mg
FN″sin 60°-f′cos 60°=mR′ω2
R′=Rsin 60°
所以
知识点
质量为m=4kg的小物块静止于水平地面上的A点,现用F=10N的水平恒力拉动物块一段时间后撤去,物块继续滑动一段位移停在B点,A、B两点相距x=20m,物块与地面间的动摩擦因数μ=0.2,g取10m/s2,,求:
(1)物块在力F作用过程发生位移xl的大小:
(2)撤去力F后物块继续滑动的时间t。
正确答案
见解析
解析
解析:
知识点
如图所示,细线的一端系一质量为m的小球,另一端固定在倾角为θ的光滑斜面体顶端,细线与斜面平行。在斜面体以加速度a水平向右做匀加速直线运动的过程中,小球始终静止在斜面上,小球受到细线的拉力T和斜面的支持力为Fn分别为(重力加速度为g)
正确答案
解析
将绳子的拉力T和斜面弹力FN分解为 水平方向和 竖直方向
①
②
联立两式解方程组,得T=m(gsinθ+ acosθ) Fn= m(gcosθ- asinθ),选项A正确;
方法二:极限法。
将,则小球在平板上随板加速运动,
,
,代入
,各选项仅A选项正确。
知识点
(1)两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图中曲线所示,曲线与r轴交点的横坐标为,相距很远的两分子在分子力作用下,由静止开始相互接近,若两分子相距无穷远时分子势能为零,下列说法正确的是_____________(填入正确选项前的字母)。
A在>
阶段,F做正功,分子动能增加,势能减小
B在<
阶段,F做负功,分子动能减小,势能减小
C在=
时,分子势能最小,动能最大
D在=
时,分子势能为零
E分子动能和势能之和在整个过程中不变
(2)如图,一气缸水平固定在静止的小车上,一质量为m、面积为S的活塞将一定量的气体封闭在气缸内,平衡时活塞与气缸底相距L,现让小车以一较小的水平恒定加速度向右运动,稳定时发现活塞相对于气缸移动了距离d,已知大气压强为,不计气缸和活塞间的摩擦;且小车运动时,大气对活塞的压强仍可视为
;整个过程中温度保持不变,求小车加速度的大小。
正确答案
见解析。
解析
(1)在>
阶段,分子力为引力,相互靠近时分子力做正功,分子动能增加,势能减小,A项正确;同理,在
<
阶段,F做负功,分子动能减小,势能增大,B错;在
=
时,分子力做正功最多,所以分子势能最小且为负值,动能最大,C项正确D错误;分子力做功,分子势能和动能相互转化,总和不变,E项正确。
(2)设小车加速度大小为,稳定时气缸内气体的压强为
,活塞受到气缸内外气体的压力分别为
①
. ②
由牛顿第二定律得
③
小车静止时,在平衡情况下,气缸内气体的压强为,由玻意耳定律得
④
式中 ⑤
⑥
联立①②③④⑤⑥式得
⑦
知识点
如图所示,将小砝码置于桌面上的薄纸板上,用水平向右的拉力将纸板迅速抽出, 砝码的移动很小,几乎观察不到,这就是大家熟悉的惯性演示实验. 若砝码和纸板的质量分别为m1 和m2,各接触面间的动摩擦因数均为. 重力加速度为g.
(1)当纸板相对砝码运动时,求纸板所受摩擦力大小;
(2)要使纸板相对砝码运动,求所需拉力的大小;
(3)本实验中,=0.5kg,
=0.1kg,
,砝码与纸板左端的距离d =0.1 m,取g =10
. 若砝码移动的距离超过l=0.002 m,人眼就能感知.为确保实验成功,纸板所需的拉力至少多大?
正确答案
(1)
(2)
(3)
解析
(1)砝码对纸板的摩擦力 ,桌面对纸板的摩擦力,
由解得
(2)设砝码的加速度为,纸板的加速度为
,则
发生相对运动
解得
(3)纸板抽出前,砝码运动的距离纸板运动的距离
纸板抽出后,砝码在桌面上运动的距离
由题意知 解得
代入数据得
知识点
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