- 牛顿运动定律
- 共29769题
一辆质量为5t的汽车,通过拱桥的最高点时对拱挢的压力为4.5×104N,桥的半径为16m,则汽车通过最高点时的速度为 (g取10m/s2)( )
正确答案
解析
解:根据牛顿第二定律,汽车对桥的压力等于桥对汽车的支持力
对汽车受力分析,受重力和支持力,由于汽车做圆周运动,故合力提供向心力,有
mg-FN=m
解得
v==
=4m/s
故选D.
如图所示,在动摩擦因素μ=0.2的水平面AB上,水平恒力F推动质量为m=1kg的物体从A点由静止开始作匀加速直线运动,物体到达B点时撤去F,接着又冲上光滑斜面(设经过B点前后速度大小不变),最高能到达C点.用传感器测量物体的瞬时速度,并在表格中记录了部分测量数据.求:
(1)恒力F的大小;
(2)斜面的倾角α;
(3)若在A处撤去推力F,给物体一个水平向左的初速度v0,恰能使物体运动到C点,求此初速度v0的大小.
正确答案
解:(1)物体从A到B过程中:a1==2m/s2
∴F=ma1+μmg=4N
(2)物体从B到C过程中:a2==5m/s2
mgsinα=ma2
∴α=30°
(3)当物体在推力F的作用下在AB间运动时,设AB间的距离为s,通过AB时间的t,
通过B点时的速度为vB,根据表中提供的数据,在0~2.6s时间段内,物体先加速后减速,设加速时间为t,B点速度为vB;
当物体在水平面上运动时 vB=a1t=2t,
当物体在斜面上运动时 1.0=vB-a2(2.6-t)=vB-5(2.6-t)
联立解得:t=2s,vB=4m/s;
又s=t=4m
给物体一个初速度v0时物体恰能运动到C点,由于斜面光滑,则物体通过B点的速度仍为vB=4m/s,
根据动能定理:-μmgs=mvB2-
mv02
解得 v0=5.6m/s
答:(1)恒力F的大小为4N;
(2)斜面的倾角α为30°;
(3)此初速度v0的大小为5.6m/s.
解析
解:(1)物体从A到B过程中:a1==2m/s2
∴F=ma1+μmg=4N
(2)物体从B到C过程中:a2==5m/s2
mgsinα=ma2
∴α=30°
(3)当物体在推力F的作用下在AB间运动时,设AB间的距离为s,通过AB时间的t,
通过B点时的速度为vB,根据表中提供的数据,在0~2.6s时间段内,物体先加速后减速,设加速时间为t,B点速度为vB;
当物体在水平面上运动时 vB=a1t=2t,
当物体在斜面上运动时 1.0=vB-a2(2.6-t)=vB-5(2.6-t)
联立解得:t=2s,vB=4m/s;
又s=t=4m
给物体一个初速度v0时物体恰能运动到C点,由于斜面光滑,则物体通过B点的速度仍为vB=4m/s,
根据动能定理:-μmgs=mvB2-
mv02
解得 v0=5.6m/s
答:(1)恒力F的大小为4N;
(2)斜面的倾角α为30°;
(3)此初速度v0的大小为5.6m/s.
(2015秋•汉川市期末)如图所示,m=2kg的物体,在F1=40N,F2=30N的两个相反的水平拉力及竖直向下的力F3的作用下仍处于静止状态.若撤去水平外力F2,则物体的加速度可能是( )
正确答案
解析
解:木块开始在水平方向受三个力而平衡,则有
f=F1-F2=40-30=10N;
物体处于静止状态,则说明物体受到的最大静摩擦力大于等于10N;
撤去F2后,外力为0N≤F合≤30N,由牛顿第二定律:,故物体的加速度:0≤a≤15m/s2,故ABC正确,D错误;
故选:ABC.
(2015秋•赣州期末)如图所示为一水平传送带装置示意图.A、B为传送带的左、右端点,AB长L=2m,初始时传送带处于静止状态,当质量m=2kg的物体(可视为质点)轻放在传送带A点时,传送带立即启动,启动过程可视为加速度a=2的匀加速运动,加速结束后传送带立即匀速转动.已知物体与传送带间动摩擦因数=0.1,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10.
(1)如果物块以最短时间到达B点,物块到达B点时的速度大小是多少?
(2)上述情况下传送带至少加速运动多长时间?
正确答案
解:(1)为了使物块以最短时间到达B点,物块应一直匀加速从A点到达B点,根据牛顿第二定律,有:
μmg=ma1
根据速度位移公式,有:
解得:
vB==2m/s
(2)设传送带加速结束时的速度为v,为了使物块能一直匀加速从A点到达B点,需满足:
v≥vB
根据速度时间关系公式,有:
at=v
解得:t≥1s
答:(1)如果物块以最短时间到达B点,物块到达B点时的速度大小是2m/s;
(2)上述情况下传送带至少加速运动1s时间.
解析
解:(1)为了使物块以最短时间到达B点,物块应一直匀加速从A点到达B点,根据牛顿第二定律,有:
μmg=ma1
根据速度位移公式,有:
解得:
vB==2m/s
(2)设传送带加速结束时的速度为v,为了使物块能一直匀加速从A点到达B点,需满足:
v≥vB
根据速度时间关系公式,有:
at=v
解得:t≥1s
答:(1)如果物块以最短时间到达B点,物块到达B点时的速度大小是2m/s;
(2)上述情况下传送带至少加速运动1s时间.
如图所示,一固定斜面高为h,用大小为F、沿斜面向上的恒力恰好能将质量为m的可视为质点的物块沿斜面向上移动.假设物块与斜面之间的动摩擦系数增大一倍,且用大小为2F、沿斜面向下的恒力使此物块从静止开始沿斜面由顶端向下滑动,重力加速度大小为g,则物块滑至斜面底端时的动能为( )
正确答案
解析
解:用力F恰好能将质量为m的可视为质点的物块沿斜面向上移动,滑块受拉力、重力、支持力和摩擦力,根据平衡条件,有:
F-f-mgsinθ=0 ①
(其中θ为斜面的坡角)
对下拉过程根据动能定理,有:
2F•+mgh-2f•
=Ek-0 ②
联立①②解得:
Ek=3mgh
故选:B.
如图所示,AB为粗糙程度不变的水平地面,BC为粗糙程度不变的斜面,B点有微小的圆弧与两个面相切过渡.一物体(可看作质点)从A点以某一速度出发做匀减速运动并冲上斜面BC直到速度为零,以出发点为计时起点,各时间点的速度如下表所述.试求物体在斜面上运动的最远距离.
正确答案
解:AB段的加速度为:
BC段的加速度为:
设AB段运动的总时间为t1,根据速度时间关系公式,有:
v0+a1t1+a2(t-t1)=0
代入数据,有:
15-2t1-4×(5-t1)=0
解得:t1=2.5s
在t1=2.5s时刻的速度为:
v1=v0+a1t1=15-2×2.5=10m/s
物体在斜面上运动的最远距离:
x==
答:物体在斜面上运动的最远距离为12.5m.
解析
解:AB段的加速度为:
BC段的加速度为:
设AB段运动的总时间为t1,根据速度时间关系公式,有:
v0+a1t1+a2(t-t1)=0
代入数据,有:
15-2t1-4×(5-t1)=0
解得:t1=2.5s
在t1=2.5s时刻的速度为:
v1=v0+a1t1=15-2×2.5=10m/s
物体在斜面上运动的最远距离:
x==
答:物体在斜面上运动的最远距离为12.5m.
如图甲所示,在风洞实验室里,一根足够长的细杆与水平面成θ=37°固定,质量m=1kg的小球穿在细杆上静止于细杆底端O点.现有水平向右的风力F作用于小球上,经时间t1=2s后停止,小球沿细杆运动的部分v-t图象如图乙所示.试求:(取g=10m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)
(1)在0~2s内的加速度a1和2~4s内的加速度a2.
(2)风对小球的作用力F的大小.
正确答案
解:(1)由图象可知,在0~2 s内小球的加速度为:
a1==20 m/s2,方向沿杆向上
在2~4 s内小球的加速度为:
a2==-10 m/s2,负号表示方向沿杆向下.
(2)有风力时的上升过程,小球的受力情况如图所示
在y方向,由平衡条件得:
FN1=Fsin θ+mgcosθ
在x方向,由牛顿第二定律得:
Fcosθ-mgsinθ-μFN1=ma1
停风后上升阶段,小球的受力情况如图所示
在y方向,由平衡条件得:
FN2=mgcos θ
在x方向,由牛顿第二定律得:
-mgsin θ-μFN2=ma2
联立以上各式可得:F=60 N.
答:(1)在0~2s内的加速度大小为20 m/s2,方向沿杆向上;2~4s内的加速度大小为10 m/s2,方向沿杆向下.
(2)风对小球的作用力F的大小为60N.
解析
解:(1)由图象可知,在0~2 s内小球的加速度为:
a1==20 m/s2,方向沿杆向上
在2~4 s内小球的加速度为:
a2==-10 m/s2,负号表示方向沿杆向下.
(2)有风力时的上升过程,小球的受力情况如图所示
在y方向,由平衡条件得:
FN1=Fsin θ+mgcosθ
在x方向,由牛顿第二定律得:
Fcosθ-mgsinθ-μFN1=ma1
停风后上升阶段,小球的受力情况如图所示
在y方向,由平衡条件得:
FN2=mgcos θ
在x方向,由牛顿第二定律得:
-mgsin θ-μFN2=ma2
联立以上各式可得:F=60 N.
答:(1)在0~2s内的加速度大小为20 m/s2,方向沿杆向上;2~4s内的加速度大小为10 m/s2,方向沿杆向下.
(2)风对小球的作用力F的大小为60N.
滑降赛是冬季奥运会高山滑雪项目中的一个小项.如图是简化后滑降赛的雪道示意图,一运动员脚踏长L=1.6m的雪板从倾角为30°的雪道上由静止开始匀加速下滑,滑雪板先后穿过用旗杆插成的两个旗门A,B,所用时间分别为t1=0.4s和t2=0.1s已知滑雪板与雪道之间的动摩擦因数μ=
,重力加速度g=10m/s2,求两个旗门AB之间的距离s.
正确答案
解:滑雪板从雪道上滑下,由牛顿第二定律:
mgsinθ-μmgcosθ=ma
解得:=4m/s2
滑雪板前端到达旗门A时的速度为v1,由运动学:
解得:
滑雪板前端到达旗门B时的速度为v2,由运动学:
解得:
滑雪板由A门到B门,由运动学可得:
联立解得:s==30m
答:两个旗门AB之间的距离为30m.
解析
解:滑雪板从雪道上滑下,由牛顿第二定律:
mgsinθ-μmgcosθ=ma
解得:=4m/s2
滑雪板前端到达旗门A时的速度为v1,由运动学:
解得:
滑雪板前端到达旗门B时的速度为v2,由运动学:
解得:
滑雪板由A门到B门,由运动学可得:
联立解得:s==30m
答:两个旗门AB之间的距离为30m.
(2015秋•红桥区期末)如图所示,光滑水平地面上的长木板B,质量为M=8kg,质量为m=2kg的小物块A以v0=10m/s的初速度滑上木板B.已知A,B间动摩擦因数=0.4,求小物块A最终的速度及小物块A在木板B上滑行的距离(设B足够长,取g=10m/s2).
正确答案
解:A做匀减速运动的加速度大小为:
B做匀加速运动的加速度大小为:;
根据v0-a1t=a2t得:.
则有:v=a2t=1×2m/s=2m/s.
小物块A的位移为:=12m
木板B的位移为:
小物块A在木板B上滑行的距离为:△x=x1-x2=10m.
答:小物块A最终的速度2m/s,小物块A在B上滑行的距离为10m.
解析
解:A做匀减速运动的加速度大小为:
B做匀加速运动的加速度大小为:;
根据v0-a1t=a2t得:.
则有:v=a2t=1×2m/s=2m/s.
小物块A的位移为:=12m
木板B的位移为:
小物块A在木板B上滑行的距离为:△x=x1-x2=10m.
答:小物块A最终的速度2m/s,小物块A在B上滑行的距离为10m.
在某一旅游景区,建一山坡滑草运动项目.该山坡看成倾角θ=30°的斜面,一名游客连同滑草装置总质量m=80kg,他从静止开始匀加速下滑,在时间t=5s内沿斜面滑下的位移x=50m.(不计空气阻力,g取10m/s2,结果保留2位有效数字)问:
(1)游客连同滑草装置在下滑过程中受到的摩擦力F为多大?
(2)滑草装置与草皮之间的动摩擦因数μ为多大?
正确答案
解:(1)由位移公式有:x=at2
解得:a==4.0m/s2
沿斜面方向,由牛顿第二定律得:mgsinθ-F=ma
代入数值解得:F=m(gsinθ-a)=80 N
(2)在垂直斜面方向上,有:FN-mgcosθ=0
又有:F=μFN
联立并代入数值后,解得:μ=
答:(1)游客连同滑草装置在下滑过程中受到的摩擦力F为80N
(2)滑草装置与草皮之间的动摩擦因数μ为
解析
解:(1)由位移公式有:x=at2
解得:a==4.0m/s2
沿斜面方向,由牛顿第二定律得:mgsinθ-F=ma
代入数值解得:F=m(gsinθ-a)=80 N
(2)在垂直斜面方向上,有:FN-mgcosθ=0
又有:F=μFN
联立并代入数值后,解得:μ=
答:(1)游客连同滑草装置在下滑过程中受到的摩擦力F为80N
(2)滑草装置与草皮之间的动摩擦因数μ为
一个物体在光滑水平面上受到F1=8N的力作用,产生a1=2m/s2 的加速度,
(1)求物体的质量为多少?
(2)要使它产生a2=3m/s2 的加速度,需要施加多大的力?
正确答案
解:(1)物体在光滑水平面上受到F1=8N的力作用,受重力、支持力和推力,根据牛顿第二定律,有:
m==
=4kg
(2)要使它产生a2=3m/s2 的加速度,需要施加的力为:
F=ma=4×3=12N
答:(1)物体的质量为4kg;
(2)要使它产生a2=3m/s2 的加速度,需要施加12N的力.
解析
解:(1)物体在光滑水平面上受到F1=8N的力作用,受重力、支持力和推力,根据牛顿第二定律,有:
m==
=4kg
(2)要使它产生a2=3m/s2 的加速度,需要施加的力为:
F=ma=4×3=12N
答:(1)物体的质量为4kg;
(2)要使它产生a2=3m/s2 的加速度,需要施加12N的力.
用长为L的细绳拴着质量为m的小球在竖直平面内作圆周运动,不计空气阻力,小球恰好能过最高点,则小球在最高点的速度的大小是______.
正确答案
解析
解:小球恰好能过最高点,说明此时绳子的拉力恰好为零,重力提供向心力,根据向心力公式得:
m=mg
解得:v=
故答案为:
如图所示,三角体由两种材料拼接而成,BC界面平行底面DE,两侧面与水平面夹角分别为30°和60°,已知物块从A静止下滑,加速至B匀速至D;若该物块静止从A沿另一侧面下滑,则有( )
正确答案
解析
解:A、物体从倾角为θ的斜面滑下,根据动能定理得:mgh-μmgcoθ•=
mv2,故物体通过C点的速率大于通过B点的速率,故A错误;
B、物体从倾角为θ的斜面滑下,根据牛顿第二定律得:mgsinθ-μmgcoθ=ma,解得a=gsinθ-μgcoθ ①
根据运动学公式,有=
at2 ②,由①②得到AB段的运动时间大于AC段的运动时间,故B正确;
C、由①式可知,物体将一直加速滑行到E点,但AC段的加速度比CE段大,故C错误,D正确;
故选:BD.
用30N的水平外力F,拉一静止放在光滑的水平面上质量为20kg的物体,力F作用3秒后消失,则第5秒末物体的速度和加速度分别是( )
正确答案
解析
解:未撤去外力F时,物体的加速度为a==
力F作用3秒时物体的速度为v=at=1.5×3m/s=4.5m/s
3秒末撤去外力F后物体做匀速直线运动,则第5秒末物体等于第3秒末的速度v=4.5m/s,加速度为a=0.
故选C
如图甲所示,将一质量m=2kg的小球竖直向上抛出,小球在运动过程中的速度随时间变化的规律如图乙所示,设阻力大小恒定不变,g=10m/s2,求:
(1)小球上升过程中阻力f;
(2)小球在4秒末的速度以及此时离抛出点h.
正确答案
解:(1)小球上升做匀减速直线运动,匀减速直线运动的加速度大小.
根据牛顿第二定律得,-(mg+f)=ma2
解得f=-ma2-mg=-2×(-12.5)-20=5N.
(2)上升过程中上升的高度为
h″=
下降过程中加速度为mg-f=ma′
a,
故下降过程中下降高度为
4s末速度为v=a′t=7.5×2m/s=15m/s
故h=h″-h′=25-15m=10m
答:(1)小球上升过程中阻力f为5N;
(2)小球在4秒末的速度为15m/s以及此时离抛出点h为10m
解析
解:(1)小球上升做匀减速直线运动,匀减速直线运动的加速度大小.
根据牛顿第二定律得,-(mg+f)=ma2
解得f=-ma2-mg=-2×(-12.5)-20=5N.
(2)上升过程中上升的高度为
h″=
下降过程中加速度为mg-f=ma′
a,
故下降过程中下降高度为
4s末速度为v=a′t=7.5×2m/s=15m/s
故h=h″-h′=25-15m=10m
答:(1)小球上升过程中阻力f为5N;
(2)小球在4秒末的速度为15m/s以及此时离抛出点h为10m
扫码查看完整答案与解析