- 牛顿运动定律
- 共1024题
现代化的生产流水线大大提高了劳动效率.如下图为某工厂生产流水线上的水平传输装置的俯视图,它由传送带和转盘组成.小物品从A处无初速地放到传送带上,运动到B处后进入匀速转动的转盘随其一起运动(无相对滑动),到C处被取走装箱.已知A、B的距离L=9.0m,物品与传送带间的动摩擦因数μ1=0.2.物品在转盘上与转轴O的距离R=2.0m,物品与转盘间的动摩擦因数μ2=0.8,物品在转盘与传送带上的最大静摩擦力可视为与滑动摩擦力大小相等.(取g=10m/s2,π=3).
28.要保证物品随转盘一起转动,则转盘的角速度最大为多少?
29.现通过同步提高传送带和转盘的速度,可缩短物品从A到C的时间,则物品从A到C最短时间为多少?
正确答案
2rad/s
解析
当转盘的角速度最大时,物品刚好发生滑动,静摩擦力达到最大值,由牛顿第二定律得
μ2mg=mω2R
解得转盘的角速度最大值ω=2rad/s
物品最大的线速度为 v2=ωR=4m/s
考查方向
牛顿第二定律;匀速圆周运动
解题思路
物品在转盘上转动时,由所受的静摩擦力提供向心力,当物品恰好要滑动时,静摩擦力达到最大值,根据牛顿第二定律求出转盘的角速度最大值.
易错点
转盘的角速度最大时是最大静摩擦力提供向心力.
正确答案
4.75s
解析
设物品在传送带上一直加速,则速度为
而
代入据数联立解得 v1=6m/s,因为 v1>v2,所以物品在传送带上先加速后匀速,所以要使物品最短时间到达C处,则传送到转盘时的最大速度为 v=v2=4m/s,由 v=μ1gt1,,得 t1=2s
物品匀速运动的时间
进入转盘后的时间
所以物品从A到C最短时间为 t=t1+t2+t3=4.75s
考查方向
匀变速直线运动的公式;匀速圆周运动;牛顿第二定律
解题思路
假设物品从A运动到B一直匀加速时,由位移等于平均速度乘以时间求物品在传送带上运动时间.再由圆周运动的规律求出物品由B运动到C的时间,从而得到总时间.
易错点
关键分析清楚物体的运动过程,分段计算时间,最后求出总时间.
26.如图所示,AB为光滑竖直杆,ACB为光滑直角轨道,C处有一小圆弧连接,可使小球顺利转弯(即通过转弯处不损失机械能)。一个套在杆上的小球(可视为质点)自A点静止释放,分别沿AB轨道和ACB轨道运动,如果沿ACB轨道运动的时间是沿AB轨道运动时间的1.5倍,则AB与AC的夹角为多少?
正确答案
θ=53º
解析
设AB的长度为L,∠BAC=α,由几何关系可得:
AC的长度为Lcosα,CB的长度为:Lsinα…①
小球沿AB做自由落体运动,运动的时间为t:有:
②
设AC段所用时间为t1,CB段所用时间为t2,由题可知:
t1+t2=1.5t ③
小球沿AC段运动时,加速度为a1,由牛顿第二定律可得:
mgcosα=ma1 ④
且:⑤
联立②③⑤,可得:
t1=t,t2=0.5t;⑥
小球在C点的速度为:⑦
沿CB做匀加速运动,加速度为a2,由牛顿第二定律可得:
mgsinα=ma2 ⑧
且:⑨
联立解得:α=53°.
考查方向
牛顿第二定律;匀变速直线运动规律的综合运用
解题思路
以小球为研究对象,分别求出沿AB和ACB运动的时间,注意两种运动情况的运动遵循的规律,特别是在C点的速度即是上一段的末速度也是下一段的初速度,利用关系式和几何关系灵活求解.
易错点
关键是能正确对ACB进行受力分析和运动分析,明确前后过程的衔接物理量v.
知识点
11.目前,我国的高铁技术已处于世界领先水平,它是由几节自带动力的车厢(动车)加几节不带动力的车厢(拖车)组成一个编组,称为动车组。若每节动车的额定功率均为1.35×104kw,每节动车与拖车的质量均为5×104kg,动车组运行过程中每节车厢受到的阻力恒为其重力的0.075倍。若已知1节动车加2节拖车编成的动车组运行时的最大速度v0为466.7km/h。我国的沪昆高铁是由2节动车和6节拖车编成动车组来工作的,其中头、尾为动车,中间为拖车。当列车高速行驶时会使列车的“抓地力”减小不易制动,解决的办法是制动时,常用“机械制动”与“风阻制动”配合使用,所谓“风阻制动”就是当检测到车轮压力非正常下降时,通过升起风翼(减速板)调节其风阻,先用高速时的风阻来增大“抓地力”将列车进行初制动,当速度较小时才采用机械制动。(所有结果保留2位有效数字)求:
(1)沪昆高铁的最大时速为多少km/h?
(2)当动车组以加速度1.5m/s2加速行驶时,第3节车厢对第4节车厢的作用力为多大?
(3)沪昆高铁以题(1)中的最大速度运行时,测得此时风相对于运行车厢的速度为100m/s,已知横截面积为1m2的风翼上可产生1.29×104N的阻力,此阻力转化为车厢与地面阻力的效率为90%。沪昆高铁每节车厢顶安装有2片风翼,每片风翼的横截面积为1.3m2,求此情况下“风阻制动”的最大功率为多大?
正确答案
(1)
(2)
(3)
解析
(1)由
解之得:;
(2)设各动车的牵引力为F牵,第3节车对第4节车的作用力大小为F,以第1、2、3节车箱为研究对象,由牛顿第二定律得:
以动车组整体为研究对象,由牛顿第二定律得:
由上述两式得:
(3)由风阻带来的列车与地面的阻力为:
“风阻制动”的最大功率为
考查方向
解题思路
沪昆高铁给出的相关机车的组成,求出其额定功率数值,当牵引力等于阻力时有最大速度,根据功率公式求解;合理选取研究对象根据整体法与隔离法利用牛顿第二定律得出第3节车厢对第4节车厢的作用力;利用题设信息求出风阻带来的列车与地面的阻力,利用功率公式最后求出“风阻制动”的最大功率。
易错点
沪昆高铁给出的相关机车的组成,要确定出其额定功率,要分析出何时出现最大速度,在求解第3节车厢对第4节车厢的作用力时,要合理选取研究对象。
知识点
如图所示,固定斜面上放一木板PQ,木板的Q端放置一可视为质点的小物块,现用轻细线的一端连接木板的Q端,保持与斜面平行,绕过定滑轮后,另一端可悬挂钩码,钩码距离地面足够高。已知斜面倾角,木板长为L,Q端距斜面顶端距离也为L,物块和木板的质量均为m,两者之间的动摩擦因数为
。若所挂钩码质量为2m,物块和木板能一起匀速上滑;若所挂钩码质量为其他不同值,物块和木板有可能发生相对滑动。重力加速度为g,不计细线与滑轮之间的摩擦,设接触面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力。
18.木板与斜面间的动摩擦因数
19.物块和木板发生相对滑动时,所挂钩码质量m′应满足什么条件?
20.选取适当质量的钩码可使木板由静止开始向上滑动,试讨论木板Q端到达斜面顶端所用时间t和钩码质量m′之间的关系。
正确答案
解析
整个系统匀速时
解得
考查方向
共点力平衡的条件及其应用;力的合成与分解的运用
解题思路
根据匀速运动时沿斜面方向上受力平衡可以求解.
易错点
关键是对系统进行受力分析,运用力的合成与分解的知识列式求解.
正确答案
解析
要使二者发生相对滑动,保证木板的加速度a1大于物块的加速度a2
对物块:
可得
对木板:
对钩码:
解得:
联立解得:
考查方向
牛顿第二定律
解题思路
发生相对滑动时,分别对物块、木板、钩码进行受力分析,运用牛顿第二定律,即可求解.
易错点
理解发生相对运动的条件,利用牛顿第二定律列式求解.
正确答案
若,二者相对滑动,
若,物块和木板一起加速运动
所以有:
解析
若,二者相对滑动,
木板的位移:
物块的位移:
由于,当Q端到达斜面顶端时,物块未从木板上滑下
所以有
若,物块和木板一起加速运动
对钩码:
对二者整体:
解得:
所以有:
考查方向
牛顿第二定律; 匀变速直线运动规律的综合运用
解题思路
分成两种情况讨论,一种是滑块和木板发生相对滑动,另一种是滑块和木板间无相对滑动;然后再分别运用牛顿第二定律和匀加速直线运动的公式进行求解.
易错点
关键分析清楚运动过程,根据题意存在两种情况:1.滑块和木板发生相对滑动2.滑块和木板间无相对滑动.
在高速路上经常可以看到大货车拉着钢板而后车厢是敞开的,这种情况下如果出现钢板从车厢上滑落,将对后面的车辆造成致命的危险。在紧急刹车的情况下钢板对驾驶室也极易造成破坏,危及驾驶员的生命。假设该货车车厢的长度为L,车厢内载有一块质量分布均匀、长度也为L的钢板,钢板的质量为m。已知钢板前端与车厢壁接触,钢板与车厢底板间的动摩擦因数为,重力加速度为g。忽略空气阻力的影响。
15.若货车突然加速,为了使钢板不掉下来,则货车的加速度最大值为多少?(最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力大小)
16.若车厢的前端能承受的最大水平力为F,为了安全,则货车刹车的最大加速度为多少?
17.若货车以加速度a0做匀加速运动,在运动过程中钢板与货车间发生相对滑动,经过多长时间钢板开始往下掉?
正确答案
解析
要使钢板不掉下来,则钢板和货车一起加速运动,钢板与货车之间达到最大静摩擦力
考查方向
牛顿第二定律的综合应用
解题思路
隔离对钢板分析,根据最大静摩擦力求出临界的加速度,从而得知货车的最大加速度.
易错点
知道平板车和木箱在整个过程中的运动规律,抓住临界状态,结合运动学公式进行求解.
教师点评
此题是牛顿第二定律的综合应用问题;解题时要认真分析物体的受力情况,根据牛顿定律求解物体的加速度,然后根据两物体的位移关系列出式子解答.
正确答案
解析
对钢板根据牛顿第二定律得:
解得:
考查方向
牛顿第二定律的综合应用
解题思路
对钢板根据牛顿第二定律求货车刹车的最大加速度。
易错点
知道平板车和木箱在整个过程中的运动规律,抓住临界状态,结合运动学公式进行求解.
教师点评
此题是牛顿第二定律的综合应用问题;解题时要认真分析物体的受力情况,根据牛顿定律求解物体的加速度,然后根据两物体的位移关系列出式子解答.
正确答案
解析
对货车:
对钢板:
钢板开始往掉下时满足:
解得:
考查方向
牛顿第二定律的综合应用
解题思路
分别求出货车和钢板的位移,根据位移关系,求出刹车钢板开始往下掉的时间.
易错点
知道平板车和木箱在整个过程中的运动规律,抓住临界状态,结合运动学公式进行求解.
教师点评
此题是牛顿第二定律的综合应用问题;解题时要认真分析物体的受力情况,根据牛顿定律求解物体的加速度,然后根据两物体的位移关系列出式子解答.
21.质量为m=2kg的物块静止放置在粗糙水平地面D处,物块与水平面间的动摩擦因数u=0.5,在水平拉力F作用下物块由静止开始沿水平地面向右运动,经过一段时间后,物块回到出发点O处,取水平向右为速度的正方向,如图a所示,物块运动过程中其速度v随时间t变化规律如图b所示,重力加速度g取l0m/ s2,则
正确答案
解析
A.在图中,图线与坐标轴所围面积表示位移,从图中可以看出物块经过4s时间离出发点最远,故A错误;B. 在
图中,图线的斜率表示加速度,物块在
内的加速度为
,由牛顿第二定律得
,代入解得
,物块在
内的加速度大小为
,在
时间内物体做匀减速直线运动,由牛顿第二定律得
,代入解得
,所以物块运动到第3s时改变水平拉力的大小,故B错误;C.由选项B分析可知,物块从3s时刻改变了拉力的大小,此时的拉力为4N,故C正确;D.由图可知,物块在4s末速度减小为0,在
内物块返向加速运动,由牛顿第二定律得
,代入解得
,故D正确;本题答案选CD
考查方向
解题思路
在图中,图线与坐标轴所围面积表示位移,可以通过面积确定出物块何时离出发点最远,
图线的斜率表示加速度,分时间段根据牛顿第二定律求出各段的拉力值进行解答。
易错点
明确图象中面积,斜率的物理意义,分时间段进行计算分析,不要理解成物块做减速运动就是力F反向了,关键由牛顿第二定律求出各段的拉力值进行分析解答。
知识点
8. 如图所示,有一水平转台,上面放置着用轻质弹簧连接的小物体A、B使其随转台一起匀速转动,A、B的质量分别为、
,A、B与转台的动摩擦因数都为μ,A、B离转台中心的距离分别为1.5r、r,已知弹簧的原长为1.5r,劲度系数为k,且最大静摩擦力等于滑动摩擦力,以下说法中正确的是( )
(在每小题给出的四个选项中,至少有一个选项是正确,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,不选或有选错的得0分。)
正确答案
解析
因为A、B离转台中心的距离分别为1.5r、r,已知弹簧的原长为1.5r,所以弹簧伸长量为
由于A、B随转台一起匀速转动,可知角速度相同.
A.当B受到的摩擦力为0时,弹簧弹力提供B的向心力,由牛顿第二定律得,解得
,故A正确;
B. 当A受到的摩擦力为0时, 弹簧弹力提供A的向心力,由牛顿第二定律得,解得
,故B错误;
C. 当B刚好要滑动时,对B由摩擦力与弹簧弹力提供向心力,由牛顿第二定律得,解得
,故C错误;
D. 当A刚好要滑动时对A由摩擦力与弹簧弹力提供向心力,由牛顿第二定律得,解得
,故D正确;
考查方向
解题思路
由题意先计算出弹簧的形变量,然后根据A与B的相应条件,找出向心力,依据牛顿第二定律分析求解。
易错点
根据A与B的相应条件,关键进行正确的受力分析,找出在各自相应条件下的向心力。
知识点
如图所示,一倾斜传送带与水平方向夹角37°。传送物体。已知传送带总长度LAB =9.75m,以恒定速度v=2.0m/s顺时针转动。在距传送带底端A点9m的C点上方存在水平向左的匀强电场,电场强度50000N/C,现将一个质量m=2.0kg,电量, 的带正电物块由静止轻放于A点被传送带传送到顶端B。物块与传送带间动摩擦因数0.8,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,物块电量始终保持不变,重力加速度g=10m/s2。(sin370 =0.6 ,cos370 =0.8 ) 求:
15.若不加电场,物块由底端A放上到相对传送带静止,物块相对传送带的位移S相;
16.加电场后,物块由底端A传送到顶端B所用时间t;
17.加电场后,将物块由底端A传送到顶端B过程中,传送带克服物块摩擦力做功W。
正确答案
5m;
解析
(1)对物体: μmgcosθ-mgsinθ=ma1 ----------1分
加速过程: V=a1t1 ----------1分
物块:S1=a1t12 /2 ----------1分
传送带:S2=Vt1 ----------1分
相对位移:S相=S2-S1
解得a1=0.4m/s2 t1=5s S1=5m S2=10m S相=5m ----------1分
考查方向
解题思路
首先通过运动学特征分析物体的加速度,通过对物体受力分析求加速度,利用功能关系求克服摩擦力做功。
易错点
牛顿第二定律在求加速度时要注意将电场力计算进去
正确答案
7.5s;
解析
(2)加电场后:
匀速运动过程中:t2=(LAC-s1)/v ----------1分
CB段:mgsinθ+Eqcosθ-μ(mgcosθ-Eqsinθ)=ma2 ----------2分
减速过程中:sCB=vt3- a2t32/2 ----------1分
V’=v-a2t3 ----------1分
解得:t2=2s a2=2m/s2向下 t3=0.5s v’=1m/s
所以t总=t1+t2+t3=7.5s ----------2分
考查方向
解题思路
首先通过运动学特征分析物体的加速度,通过对物体受力分析求加速度,利用功能关系求克服摩擦力做功。
易错点
牛顿第二定律在求加速度时要注意将电场力计算进去
正确答案
187J
解析
(3)减速过程中物块相对传送带位移S’相=vt3-sCB ----------1分
A-C 摩擦生热Q1=μmgcosθS相 ----------1分
C-B 摩擦生热Q2=μmgcosθS’相 ----------1分
解得:S’相=0.25m, Q1=64J Q2=2.75J 总摩擦生热Q= Q1+ Q2=66.75J
A— B功能关系得:
W-EqsCBcosθ=mgLABsinθ+mv2/2+Q ---------2分
得:W=187J
所以传送带克服物块摩擦力做功为187J。 ----------1分
考查方向
解题思路
首先通过运动学特征分析物体的加速度,通过对物体受力分析求加速度,利用功能关系求克服摩擦力做功。
易错点
牛顿第二定律在求加速度时要注意将电场力计算进去
如图所示,上表面光滑下表面粗糙足够长且质量为M=10kg的木板,在F=50N的水平拉力作用下,沿水平地面向右匀加速运动,加速度a=2.5m/s2。某时刻当长木板的速度为v0=5m/s,将一个小铁块(可视为质点)无初速地放在木板最右端,这时木板恰好匀速运动,当木板运动了L=1.8m时,又将第二个同样的小铁块无初速地放在木板最右端,g取10 m/s2。求:
16.木板与地面间的动摩擦因数μ。
17.放上第二个铁块后木板又运动L距离时的速度。
正确答案
μ为0.25;
解析
(1)木板做匀加速直线运动时,
由牛顿第二定律得: ①
代入数据得: μ=0.25 ②
考查方向
解题思路
(1)未放上小铁块前,对木板运用牛顿第二定律,求出木板与地面间的动摩擦因数.
易错点
考查了牛顿第二定律、共点力平衡、动能定理的综合运用,根据牛顿第二定律和共点力平衡求出动摩擦因数和小铁块的质量是解决第二问的关键.
正确答案
4m/s.
解析
(2)每放一个小铁块,木板所受的摩擦力增加μmg,放上第一个小铁块后木板匀速运动,
由平衡条件得: ③
解得:m=10 kg ④
设刚放第二块铁块时木板速度为v,对木板从放第一块铁块到刚放第二块铁块的过程,
由动能定理得: ⑤
联立代入数据解得:v=4( m/s) ⑥
考查方向
解题思路
(2)放上第一个小铁块后木板匀速运动,结合平衡求出放上铁块的质量,每放一个小铁块,木板所受的摩擦力增加μmg,结合动能定理求出放上第二个铁块后木板又运动L距离时的速度.
易错点
考查了牛顿第二定律、共点力平衡、动能定理的综合运用,根据牛顿第二定律和共点力平衡求出动摩擦因数和小铁块的质量是解决第二问的关键.
25.下暴雨时,有时会发生山体滑坡或泥石流等地质灾害。某地有一倾角为θ=37°(sin37°=)的山坡C,上面有一质量为m的石板B,其上下表面与斜坡平行;B上有一碎石堆A(含有大量泥土),A和B均处于静止状态,如图所示。假设某次暴雨中,A浸透雨水后总质量也为m(可视为质量不变的滑块),在极短时间内,A、B间的动摩擦因数μ1减小为
,B、C间的动摩擦因数μ2减小为0.5,A、B开始运动,此时刻为计时起点;在第2s末,B的上表面突然变为光滑,μ2保持不变。已知A开始运动时,A离B下边缘的距离l=27m,C足够长,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。取重力加速度大小g=10m/s2。求:
(1)在0~2s时间内A和B加速度的大小
(2)A在B上总的运动时间
正确答案
(1)在0~2s时间内,A和B的受力如图所示,期中、
是A和B之间的摩擦力和正压力的大小,
、
是B与C之间的摩擦力和正压力的大小,方向如图所示
①
②
③
④
规定沿斜面向下为正。设A和B的加速度分别为
和
,由牛顿第二定律得
⑤
⑥
联立①②③④⑤⑥式,并代入题给条件得
⑦
⑧
(2)在时,设A和B的速度分别为
和
,则
⑨
⑩
时,设A和B的加速度分别为
和
。此时A与B之间摩擦力为零,同理可得
⑪
⑫
即B做减速运动。设经过时间,B的速度减为零,则有
⑬
联立⑩⑫⑬式得
⑭
在时间内,A相对于B运动的距离为
⑮
此后B静止不动,A继续在B上滑动。设再经过时间后A离开B,则有
⑯
可得
(另一解不合题意,舍去) ⒄
设A在B上总的运动时间为,有
⒅
解析
解析已在路上飞奔,马上就到!
知识点
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