- 牛顿运动定律
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如图所示,车厢在水平路面上沿直线加速前进,车厢中挂着一个质量为m的物体,悬线跟竖直方向成37°角,这时车厢的加速度为______.
车可能的运动状态:______.
正确答案
7.5m/s2
向右做匀加速直线运动,或向左做匀减速直线运动.
解析
解:隔离对物体分析,根据牛顿第二定律得,a==7.5m/s2,方向向右.
车可能向右做匀加速直线运动,或向左做匀减速直线运动.
故答案为:7.5m/s2,向右做匀加速直线运动,或向左做匀减速直线运动.
如图所示,在光滑的水平面上叠放两物体A和B,其中上面的物体A质量为m,下面较大一点的物体B质量为2m,且两物体间的动摩擦因数为μ,并认为最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等.现再用一根不计质量的轻绳通过理想定滑轮(不计摩擦和质量)分别与两物体相连,并用水平恒力F拉定滑轮.为使两物体不发生相对滑动,力F最大不能超过( )
正确答案
解析
解:当F最大时,A、B间的摩擦力达到最大静摩擦力,即为μmg.
对整体分析,整体的加速度a=,
隔离对A分析,
解得F=6μmg.故C正确,A、B、D错误.
故选:C.
如图所示,质量为m的木板放在倾角为θ的光滑固定斜面上,用一根轻绳拴着长木板静止在斜面上,质量为M=2m的人站在木板上,当绳子突然断开时,人立即在木板上奔跑,假如人的脚与板接触处不打滑.人的脚与木板间的滑动摩擦因数为μ,重力加速度为g.
(1)要保持木板相对斜面静止,人应以多大的加速度朝什么方向跑动?
(2)要保持人相对于斜面的位置不变,人在原地奔跑而使木板以多大的加速度朝什么方向运动?
正确答案
解:(1)要保持木板相对斜面静止,木板要受到沿斜面向上的静摩擦力F与使木板下滑的重力分力平衡,即mgsingθ=F
根据作用力与反作用力的性质可知,人受到木板对他沿斜面向下的静摩擦力,所以人受到的合力为Mgsinθ+F,由牛顿第二定律得Mgsinθ+F=Ma
解得=
,方向沿斜面向下
(2)要保持人相对于斜面的位置不变,即人处于平衡状态,F为人脚受到的静摩擦力且沿斜面向上,因此木板受到沿斜面向下的静摩擦力,对人有Mgsinθ=F,
木板受到的合力为mgsinθ+F,由牛顿第二定律得mgsinθ+F=ma
解得=3gsinθ,方向沿斜面向下
答:(1)要保持木板相对斜面静止,人应以的加速度,方向沿斜面向下运动.
(2)要保持人相对于斜面的位置不变,人在原地奔跑而使木板以3gsinθ的加速度,方向沿斜面向下运动.
解析
解:(1)要保持木板相对斜面静止,木板要受到沿斜面向上的静摩擦力F与使木板下滑的重力分力平衡,即mgsingθ=F
根据作用力与反作用力的性质可知,人受到木板对他沿斜面向下的静摩擦力,所以人受到的合力为Mgsinθ+F,由牛顿第二定律得Mgsinθ+F=Ma
解得=
,方向沿斜面向下
(2)要保持人相对于斜面的位置不变,即人处于平衡状态,F为人脚受到的静摩擦力且沿斜面向上,因此木板受到沿斜面向下的静摩擦力,对人有Mgsinθ=F,
木板受到的合力为mgsinθ+F,由牛顿第二定律得mgsinθ+F=ma
解得=3gsinθ,方向沿斜面向下
答:(1)要保持木板相对斜面静止,人应以的加速度,方向沿斜面向下运动.
(2)要保持人相对于斜面的位置不变,人在原地奔跑而使木板以3gsinθ的加速度,方向沿斜面向下运动.
如图所示,某同学在地面上拉着一个质量为m=30kg的物体匀速前进,已知物体与地面间的动摩擦因数为μ=0.2,斜向上的拉力F1与水平面夹角为θ=37°,(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)求:(计算结果可用分数)
(1)拉力F1为多少?
(2)如果把F1改与水平面夹角也为θ=37°斜向下的推力F2,要求物体匀速前进,则F2为多少?
正确答案
解:(1)物体在水平方向做匀速直线运动,由平衡条件得:
F1cos37°=μ(mg-F1sin37°),
解得:F1=≈65.2N;
(2)物体在水平方向做匀速直线运动,由平衡条件得:
F1cos37°=μ(mg+F1sin37°),
解得:F1=≈88.2N;
答:(1)拉力F1为65.2N;
(2)如果把F1改与水平面夹角也为θ=37°斜向下的推力F2,要求物体匀速前进,则F2为88.2N.
解析
解:(1)物体在水平方向做匀速直线运动,由平衡条件得:
F1cos37°=μ(mg-F1sin37°),
解得:F1=≈65.2N;
(2)物体在水平方向做匀速直线运动,由平衡条件得:
F1cos37°=μ(mg+F1sin37°),
解得:F1=≈88.2N;
答:(1)拉力F1为65.2N;
(2)如果把F1改与水平面夹角也为θ=37°斜向下的推力F2,要求物体匀速前进,则F2为88.2N.
小物块以一定的初速度冲上一个足够长的倾角为37°的固定斜面,某同学利用传感器测出了小物块冲上斜面过程中多个时刻的瞬时速度,并用计算机做出了小物块上滑过程的速度-时间图线,如图所示.(取sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,g=10m/s2)求:
(1)小物块冲上斜面过程中加速度的大小;
(2)小物块向上运动的最大距离;
(3)小物块与斜面间的动摩擦因数.
正确答案
解:(1)v-t图象的斜率表示加速度,故:
a=
(2)v-t图象与坐标轴围成的面积表示位移大小,故:
x=
(3)根据牛顿第二定律得:
-mgsin37°-μN=ma
而N-mgcos37°=0
解得:μ=0.25
答:(1)小物块冲上斜面过程中加速度的大小为8m/s2;
(2)小物块向上运动的最大距离为4m;
(3)小物块与斜面间的动摩擦因数为0.25.
解析
解:(1)v-t图象的斜率表示加速度,故:
a=
(2)v-t图象与坐标轴围成的面积表示位移大小,故:
x=
(3)根据牛顿第二定律得:
-mgsin37°-μN=ma
而N-mgcos37°=0
解得:μ=0.25
答:(1)小物块冲上斜面过程中加速度的大小为8m/s2;
(2)小物块向上运动的最大距离为4m;
(3)小物块与斜面间的动摩擦因数为0.25.
如图所示,轻弹簧一端竖直固定在水平地面上,其正上方有一个物块,物块从高处自由下落到弹簧的上端O处,将弹簧压缩了x0时,物块的速度变为零.从物块与弹簧接触开始,在图中能正确反映物块加速度的大小随下降的位移x变化的图象可能是( )
正确答案
解析
解:物体到达O点时,物体受弹力为零,此时物体只受重力,故加速度为g;而在物体下落过程中受到的合力为F=mg-kx;则加速度a=
=g-
;
由题意可知,x从0变化到x=x0的过程中,物体的加速度一定先减小后增大;故A一定错误;
在mg=kx1时,合力为零,加速度为零;而此后加速度的大小应为a=-g;因k、m相同,故x1前后斜率相同;而当x=2x1时,加速度为g;由对称性可知,此时物体并没有静止,而是继续前进,故在物体静止时,x0应大于2x1,即此时加速度一定大于g,故D正确;BC错误;
故选D.
趣味运动会上运动员手持网球拍托球沿水平面匀加速跑,设球拍和球质量分别为M、m,球拍平面和水平面之间夹角为θ,球拍与球保持相对静止,它们间摩擦力及空气阻力不计,则( )
正确答案
解析
解:A、B、C对网球:受到重力mg和球拍的支持力N,作出力图如图,
根据牛顿第二定律得:
Nsinθ=ma
Ncosθ=mg
解得,a=gtanθ,N=,故A正确、B错误;
以球拍和球整体为研究对象,如图2,根据牛顿第二定律得:
运动员对球拍的作用力为F=,故C错误.
D、当a>gtanθ时,网球将向上运动,由于gsinθ与gtanθ的大小关系未知,故球不一定沿球拍向上运动.故D错误.
故选:A.
如图所示,质量分别为mA=1kg、mB=2kg的球A、B,由轻质弹簧相连后再用细线悬挂在正在竖直向上做匀减速运动的电梯内,细线承受的拉力为F=15N,此时突然剪断细线,在绳断的瞬间,弹簧的弹力大小为F′=______N;小球A的加速度大小为aA=______m/s2.
正确答案
10
20
解析
解:根据题意,对AB整体受力分析有:
AB整体受线的拉力F和重力(mA+mB)g,根据牛顿第二定律有(mA+mB)g-F=(mA+mB)=a
整体有:
对B球进行受力分析有:
mBg-F′=mBa
则:F′=mB(g-a)=2×(10-5)N=10N
剪断绳子后,小球A的受力:F′+mAg=mAa′
得:
故答案为:10;20
质量为2kg的物体静止在足够大的水平地面上,物体与地面间的动摩擦因数为0.2,最大静摩擦力与滑动摩擦力大小视为相等.从t=0时刻开始,物体受到方向不变、大小呈周期性变化的水平拉力F的作用,F随时间t的变化规律如图所示.重力加速度g取10m/s2,则物体在t=0至t=12s这段时间的位移大小为( )
正确答案
解析
解:对物体受力分析可知,0到3s内,由于滑动摩擦力为:=
=0.2×20N=4N,恰好等于外力F大小,所以物体仍能保持静止状态,
3到6s内,物体产生的加速度为:a==
,发生的位移为:
=
=
=9m
6到9s内,物体所受的合力为零,做匀速直线运动,由于6s时的速度为:v=at=2×3=6m/s,所以发生的位移为:=vt=6×(9-6)=18m
9到12s内,物体做匀加速直线运动,发生的位移为:=vt
=6×3+
=27m
所以总位移为:x=0=9+18+27=54m,所以B正确;
故选:B
某传动装置的水平传送带以恒定速度v0=5m/s运行.将一块底面水平的粉笔轻轻地放到传送带上,发现粉笔块在传送带上留下一条长度l=5m的白色划线.稍后,因传动装置受到阻碍,传送带做匀减速运动,其加速度a0=5m/s2,问传动装置受阻后:
(1)粉笔块是否能在传送带上继续滑动?若能,它沿皮带继续滑动的距离l′为多少?
(2)若要粉笔块不能继续在传送上滑动,则皮带做减速运动时,其加速度a0应限制在什么范围内?
正确答案
解:(1)先求粉笔与皮带间的动摩擦因数μ.皮带初始以v0=5m/s匀速行驶,粉笔对地以
a=μg的加速度匀加速,划痕l=5m为相对位移.则
l=v0t-
t=
解得:a==2.5m/s2,μ=0.25
第二阶段,因皮带受阻,做a0=5m/s2的匀减速.a0>a,粉笔能在传送带上继续滑动,且皮带比粉笔先停下,粉笔还能在皮带上作相对滑动.粉笔相对皮带滑行距离为
l′=s粉笔-s皮带==2.5m.
(2)因为皮带对粉笔的最大静摩擦力为μmg,所以粉笔对地的最大加速度为μg,为防止粉笔在皮带上相对对滑动,皮带加速度a0应限制在μg范围内,即a≤2.5m/s2.
答:(1)粉笔块能在传送带上继续滑动,它沿皮带继续滑动的距离为2.5m;
(2)若要粉笔块不能继续在传送上滑动,则皮带做减速运动时,其加速度a0应限制在μg范围内.
解析
解:(1)先求粉笔与皮带间的动摩擦因数μ.皮带初始以v0=5m/s匀速行驶,粉笔对地以
a=μg的加速度匀加速,划痕l=5m为相对位移.则
l=v0t-
t=
解得:a==2.5m/s2,μ=0.25
第二阶段,因皮带受阻,做a0=5m/s2的匀减速.a0>a,粉笔能在传送带上继续滑动,且皮带比粉笔先停下,粉笔还能在皮带上作相对滑动.粉笔相对皮带滑行距离为
l′=s粉笔-s皮带==2.5m.
(2)因为皮带对粉笔的最大静摩擦力为μmg,所以粉笔对地的最大加速度为μg,为防止粉笔在皮带上相对对滑动,皮带加速度a0应限制在μg范围内,即a≤2.5m/s2.
答:(1)粉笔块能在传送带上继续滑动,它沿皮带继续滑动的距离为2.5m;
(2)若要粉笔块不能继续在传送上滑动,则皮带做减速运动时,其加速度a0应限制在μg范围内.
一个举重运动员在匀速运动的升降机中的最好成绩是举起60kg的杠铃,当升降机具有向上的加速度时,它的最好成绩是______kg;若升降机有
向下的加速度时,他最好的成绩是______kg.(g取10m/s2)
正确答案
40
120
解析
解:当升降机匀速上升时举起物体的最大质量为m1,匀加速上升时举起物体的最大质量为m2,匀加速下降时举起物体的最大质量为m3,则:
m1g=F,F=m2g+m2a,m3g-F=m3a
代入数据得:m2=40kg; m3=120kg
故答案为:40,120
质量为4kg的物体以5m/s的初速度沿着斜面向下做匀减速直线运动,经10s滑至最低点,且速度为零,则这个物体所受合外力的大小为______N,方向为______.
正确答案
2
沿斜面向上
解析
解:物体做匀减速运动的加速度大小为:,方向沿斜面向上.
根据牛顿第二定律得,物体所受的合力为:F合=ma=4×0.5N=2N,方向沿斜面向上.
故答案为:2,沿斜面向上.
如图所示,物体A的质量为2m,物体B的质量为m,A与地面间的动摩擦因数为μ,B与地面间的摩擦不计,用水平力F向右推A使A、B一起加速运动,则B对A的作用力大小为( )
正确答案
解析
解:以AB组成的系统为研究对象,由牛顿第二定律得:
系统的加速度a==
,
以B为研究对象,由牛顿第二定律得:
A对B的作用力:FAB=ma=,即AB间的作用力为
,故B正确;
故选:B.
甲乙两物体的质量之比是2:1,要使两物体的加速度大小相等,作用在两物体上的合外力的大小之比为:______.在相同大小的合外力作用下,两物体的加速度大小之比为:______.
正确答案
2:1
1:2
解析
解:已知,甲乙两物体的质量之比是2:1,
要使两物体的加速度大小相等,由牛顿第二定律F=ma可知:
作用在两物体上的合外力的大小之比:F甲:F乙=m甲:m乙=2:1.
在相同大小的合外力作用下,两物体的加速度大小之比:=
=
=
;
故答案为:2:1;1:2.
质量为1kg的物体在水平面上滑行时的v-t图象如图所示.若g 取 10m/s2,则物体与地面的动摩擦因数为______,若要使物体做匀速直线运动,则需要的水平拉力大小为______N.
正确答案
0.1
1
解析
解:由v-t图得到,物体匀减速直线运动,加速度为
根据牛顿第二定律,有-μmg=ma,解得μ=0.1
要使物体做匀速直线运动,拉力等于摩擦力,即
F=μmg=1N
故答案为:0.1,1.
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