- 牛顿运动定律
- 共29769题
如图所示,在倾角θ=37°的足够长的固定的斜面底端有一质量m=2.0kg的物体,物体与斜面间动摩擦因数μ=0.25.现用轻细绳将物体由静止沿斜面向上拉动,拉力F=18.0N,方向平行斜面向上.经时间t=2.0s绳子突然断了.(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
求:(1)绳断时物体的速度大小.
(2)物体沿斜面向上运动的最大距离?
(3)从绳子断了开始到物体再返回到斜面底端的运动时间?
正确答案
解:(1)物体向上运动过程中,由牛顿第二定律得:
F-mgsinθ-μmgcosθ=ma1,
代入解得:a1=1m/s2,
绳断时物体的速度大小:v1=a1t=1×2=2m/s;
(2)绳断时,物体距斜面底端:x1=a1t2=
×2×22=2m.
断绳后,物体向上运动过程中,由牛顿第二定律得:
mgsinθ+μmgcosθ=ma2,
代入数据解得:a2=8m/s2,
物体做减速运动时间:t2==
=0.25s,
减速运动位移:x2==
=0.25m,
物体向上运动的最大距离:x=x1+x2=2+0.25=2.25m;
(3)物体沿斜面向下运动过程中,由牛顿第二定律得:
mgsinθ-μmgcosθ=ma3,
代入数据解得:a3=4m/s2,
由x=at2可知,物体滑到底端需要的时间:
t3==
≈1.06s,
从绳子断了开始到物体再返回到斜面底端的运动时间:
t总=t2+t3=0.25+1.06=1.31s;
答:(1)绳断时物体的速度大小为2m/s2.
(2)物体沿斜面向上运动的最大距离为2.25m.
(3)从绳子断了开始到物体再返回到斜面底端的运动时间为1.31s.
解析
解:(1)物体向上运动过程中,由牛顿第二定律得:
F-mgsinθ-μmgcosθ=ma1,
代入解得:a1=1m/s2,
绳断时物体的速度大小:v1=a1t=1×2=2m/s;
(2)绳断时,物体距斜面底端:x1=a1t2=
×2×22=2m.
断绳后,物体向上运动过程中,由牛顿第二定律得:
mgsinθ+μmgcosθ=ma2,
代入数据解得:a2=8m/s2,
物体做减速运动时间:t2==
=0.25s,
减速运动位移:x2==
=0.25m,
物体向上运动的最大距离:x=x1+x2=2+0.25=2.25m;
(3)物体沿斜面向下运动过程中,由牛顿第二定律得:
mgsinθ-μmgcosθ=ma3,
代入数据解得:a3=4m/s2,
由x=at2可知,物体滑到底端需要的时间:
t3==
≈1.06s,
从绳子断了开始到物体再返回到斜面底端的运动时间:
t总=t2+t3=0.25+1.06=1.31s;
答:(1)绳断时物体的速度大小为2m/s2.
(2)物体沿斜面向上运动的最大距离为2.25m.
(3)从绳子断了开始到物体再返回到斜面底端的运动时间为1.31s.
物理实验小组利用如图所示的自制实验装置进行探究实验.沿竖直墙面固定一根刻度尺,使刻度尺的零刻度与水平地面重合,在墙上,距离地面L的P点固定一小定滑轮,用一根轻质尼龙丝线绕过定滑轮,两端拴接质量不等的两个物体A、B.开始时,将两物体处于相等高度位置,丝线绷直;通过刻度尺,记录A,B两物体距离地面的高度为h;然后,同时由静止释放A、B物体,较重的A物体竖直下落与地面相碰后静止,较轻的B物体仍向上运动,观察B物体所能到达的最大高度为2.5h,并记录下来.根据上述测量的物理量可计算A、B两物体质量之比
=______.
正确答案
3:1
解析
解:A、B整体的加速度a=.
根据速度位移公式得,A到达地面的速度.
此时B继续上升的高度h′=2.5h-h=1.5h.
根据速度位移公式有v2=2gh′
联立解得.
故答案为:3:1
随着机动车数量的增加,交通安全问题日益凸显.分析交通违法事例,将警示我们遵守交通法规,珍爱生命.某路段机动车限速为15m/s,一货车严重超载后的总质量为5.0×104kg,以15m/s的速度匀速行驶.发现红灯时司机刹车,货车即做匀减速直线运动,加速度大小为5m/s2. 已知货车正常装载后的刹车加速度大小为10m/s2.
(1)求此货车在超载及正常装载情况下的刹车时间之比.
(2)求此货车在超载及正常装载情况下的刹车距离分别是多大?
(3)若此货车不仅超载而且以20m/s的速度超速行驶,则刹车距离又是多少?设此情形下刹车加速度仍为5m/s2.
正确答案
解:(1)该机动车做匀减速直线运动,根据速度时间公式,有
不超载时:0=v0-a1t1
超载时:0=v0-a2t2
解得
即此货车在超载及正常装载情况下的刹车时间之比2:1.
(2)该机动车做匀减速直线运动,根据速度位移公式,有
不超载时:
超载时:
解得
x1=11.25m
x2=22.5m
即此货车在超载时的刹车距离是22.5m,正常装载情况下的刹车距离是11.25m.
(3)该机动车做匀减速直线运动,根据速度位移公式,有
解得
x3=40m
即此货车不仅超载而且以20m/s的速度超速行驶,刹车距离是40m.
解析
解:(1)该机动车做匀减速直线运动,根据速度时间公式,有
不超载时:0=v0-a1t1
超载时:0=v0-a2t2
解得
即此货车在超载及正常装载情况下的刹车时间之比2:1.
(2)该机动车做匀减速直线运动,根据速度位移公式,有
不超载时:
超载时:
解得
x1=11.25m
x2=22.5m
即此货车在超载时的刹车距离是22.5m,正常装载情况下的刹车距离是11.25m.
(3)该机动车做匀减速直线运动,根据速度位移公式,有
解得
x3=40m
即此货车不仅超载而且以20m/s的速度超速行驶,刹车距离是40m.
如图所示,水平桌面由粗糙程度不同的AB、BC两部分组成,且AB=BC,小物块P(可视为质点)以某一初速度从A点滑上桌面,最后恰好停在C点,已知物块经过AB与BC两部分的时间之比为1:4,则物块P与桌面上AB、BC部分之间的动摩擦因数μ1、μ2之比为(P物块在AB、BC上所做两段运动可看作匀变速直线运动)( )
正确答案
解析
解:设到达B点速度为v1,由于AB与BC段的位移,有:
其中:t1:t2=1:4
故:
AB段的加速度为:a1=
BC段的加速度为:a2=
根据牛顿第二定律,有:
AB段:-μ1mg=ma1
BC段:-μ2mg=ma2
解得:μ1:μ2=a1:a2=8:1
故选:C.
质量为2kg的物体,在5个共点力作用下恰好静止.把一个2.4N的力去掉后,3s末物体运动的速度为______m/s,方向是______,该物体在3s内的位移的大小为______m.
正确答案
3.6
与去掉的2.4N力方向相反
5.4
解析
解:因为物体开始处于平衡,知合力为零,撤去一个力,剩余力的合力与撤去力的大小相等,方向相反,
则物体的加速度a=,
3s末的速度v=at=1.2×3m/s=3.6m/s,方向与去掉的2.4N力方向相反.
物体在3s内的位移的大小x=.
故答案为:3.6;与去掉的2.4N力方向相反;5.4
(2015秋•曲沃县校级期末)用相同材料做成的A、B两木块的质量之比为3:2,初速度之比为2:3,它们在同一粗糙水平面上同时开始沿直线滑行,直至停止,则它们( )
正确答案
解析
解:A、摩擦力作为合力,由牛顿第二定律得,f=μmg=ma,所以a=μg,加速度与物体的质量无关,
所以加速度之比为1:1,所以A正确.
B、由速度公式知,0=V0-at,即V0=at,a相同,所以=
=
,所以B正确.
C、D、由V2=2ax,a相同,所以=
=
,所以C正确,D错误.
故选A、B、C.
如图所示,物体从光滑斜面上A点由静止开始匀加速下滑,经过B点进入水平直路面匀减速运动,物体经过B点前后可认为速度大小不变,物体最后停在C点.每隔0.2s通过速度传感器测出物体的瞬时速度,部分数据如表所示.取g=10m/s2,试分析求解:
(1)斜面的倾角α;
(2)物体与水平面之间的动摩擦因数μ;
(3)t=0.6s时物体的瞬时速度v.
正确答案
解:(1)由前三列数据可知物体在斜面上匀加速下滑时的加速度为a1==5m/s2,
根据牛顿第二定律有:mg sin α=ma1,代入数据,可得:α=30°,
(2)由后二列数据可知物体在水平面上匀减速滑行时的加速度大小为:a2==2m/s2,
根据牛顿第二定律:μmg=ma2,
可得:μ=0.2,
(3)a1t=v‘+a2(t'-t0)
解得:t0=0.5s
因此t=0.6s时瞬时速度大小为:v=a1t0-a2t″=5×0.5m/s-2×0.1m/s=2.3m/s
答:(1)斜面的倾角α=30°;
(2)物体与水平面之间的动摩擦因数μ=0.2;
(3)t=0.6s时物体的瞬时速度为2.3m/s.
解析
解:(1)由前三列数据可知物体在斜面上匀加速下滑时的加速度为a1==5m/s2,
根据牛顿第二定律有:mg sin α=ma1,代入数据,可得:α=30°,
(2)由后二列数据可知物体在水平面上匀减速滑行时的加速度大小为:a2==2m/s2,
根据牛顿第二定律:μmg=ma2,
可得:μ=0.2,
(3)a1t=v‘+a2(t'-t0)
解得:t0=0.5s
因此t=0.6s时瞬时速度大小为:v=a1t0-a2t″=5×0.5m/s-2×0.1m/s=2.3m/s
答:(1)斜面的倾角α=30°;
(2)物体与水平面之间的动摩擦因数μ=0.2;
(3)t=0.6s时物体的瞬时速度为2.3m/s.
如图在倾角为θ的光滑斜面顶端有一质点A自静止开始自由下滑,同时另一质点B自静止开始由斜面底端向左以恒定加速度沿光滑水平面运动,A滑下后能沿斜面底部的光滑小圆弧平稳地朝B追去,则质点A在光滑斜面下滑时的加速度大小为______;为使A能追上B,B的加速度最大值为______.
正确答案
gsinθ
解析
解:A滑到底端后做匀速直线运动,在B的速度小于A之前,两者距离越来越小,若速度相等直线未追上B,速度相等后不会追上,因为AB距离又越来越大,可知A要追上B,则追上B时的速度必大于等于B的速度.
设A滑到底端的速度为vA,滑到底端的时间为t1,A追上B所用的时间为t.临界情况为当B的加速度最大时,此时A追上B时,两者速度恰好相等.
速度相等时,根据平均速度公式,B的位移
A做匀速运动的位移xA=vA(t-t1)
A追上B时,有xB=xA,即,解得
A做匀加速运动的加速度,又
,
B做匀加速直线运动的加速度.
故答案为:gsinθ,gsinθ
传送带与水平面夹角为37°,皮带以12m/s的速率沿顺时针方向转动,如图所示.今在传送带上端A处无初速度地放上一个质量为m的小物块,它与传送带间的动摩擦因数为0.75,若传送带A到B的长度为24m,g取10m/s2,则小物块从A运动到B的时间为多少?
正确答案
解:开始阶段,由牛顿第二定律得:mgsinθ+μmgcosθ=ma1 所以:a1=gsinθ+μgcosθ=12m/s2
物体加速至与传送带速度相等时需要的时间t1==
=1s,通过的位移为x1=
=6m
由题:μ=tanθ,物体相对于传送带静止,物体接着做匀速运动,运动时间为t2==
=1.5s
故小物块从A运动到B的时间为t=t1+t2=2.5s.
解析
解:开始阶段,由牛顿第二定律得:mgsinθ+μmgcosθ=ma1 所以:a1=gsinθ+μgcosθ=12m/s2
物体加速至与传送带速度相等时需要的时间t1==
=1s,通过的位移为x1=
=6m
由题:μ=tanθ,物体相对于传送带静止,物体接着做匀速运动,运动时间为t2==
=1.5s
故小物块从A运动到B的时间为t=t1+t2=2.5s.
质量均为m的A、B两个小球之间系一个质量不计的弹簧,放在光滑的台面上.A紧靠墙壁,如图所示.今用恒力F将B球向左挤压弹簧,达到平衡时,突然将力撤去,此瞬间( )
正确答案
解析
解:力F撤去前弹簧的弹力大小为F.将力F撤去的瞬间,弹簧的弹力没有变化,则A的受力情况没有变化,合力为零,B的合力大小等于F,根据牛顿第二定律得到A球的加速度为零,B球的加速度为a=.所以BC正确,AD错误.
故选:BC
(2014秋•天津期末)如图所示,将小球甲、乙(都可视为质点)分别从A、B两点由静止同时释放,最后都达到竖直面内圆弧的最低点D,其中甲是从A出发做自由落体运动,乙沿弦轨道从一端B到达另一端D,如果忽略一切摩擦阻力,那么下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A点,AD距离为2r,加速度为g,时间为:t1=;
B点,设∠ADB=θ,BD距离为2rcosθ,加速度为gcosθ,时间为:t2==
;
故选:A
如图,平板车B的质量M=4kg,车上物体A的质量m=1kg,它们之间的动摩擦因数μ=0.4,最大静摩擦力Ff0=5N.小车从静止开始,在拉力F作用下,沿光滑水平面匀加速运动.问:
(1)当F=15N时,A与B之间摩擦力多大?
(2)当F=26N时,A与B之间摩擦力又是多大?此时A与B的加速度分别是多少?
正确答案
解:设AB能一起运动的最大加速度为am,则
拉力F的最大值为Fm=(M+m)am=(4+1)×5N=25N.
(1)由于F=15N<Fm,故AB将一起运动,AB间的摩擦力是静摩擦力.
对整体分析得,F=(M+m)a
隔离对物体A分析得,f=ma
解得f=3N.
(2)由于F=26N>Fm,故AB将相对运动,AB间的摩擦力是滑动摩擦力.
f=μmg=0.4×1×10N=4N
对A,.
对B,.
答:(1)当F=15N时,A与B之间摩擦力为3N.
(2)当F=26N时,A与B之间摩擦力是4N,此时A与B的加速度分别是4m/s2,5.5m/s2.
解析
解:设AB能一起运动的最大加速度为am,则
拉力F的最大值为Fm=(M+m)am=(4+1)×5N=25N.
(1)由于F=15N<Fm,故AB将一起运动,AB间的摩擦力是静摩擦力.
对整体分析得,F=(M+m)a
隔离对物体A分析得,f=ma
解得f=3N.
(2)由于F=26N>Fm,故AB将相对运动,AB间的摩擦力是滑动摩擦力.
f=μmg=0.4×1×10N=4N
对A,.
对B,.
答:(1)当F=15N时,A与B之间摩擦力为3N.
(2)当F=26N时,A与B之间摩擦力是4N,此时A与B的加速度分别是4m/s2,5.5m/s2.
(2015秋•东阳市校级月考)如图(a)所示,质量为m的小球放在光滑水平面上,在界线MN的左方始终受到水平恒力F1作用,在MN的右方除受F1外还受到与F1在同一条直线上的水平恒力F2的作用.小球从A点由静止开始运动,运动的v-t图象如图(b)所示,由图可知下列说法中错误的是( )
正确答案
解析
解:A、由图可知,前1s内,物体做匀加速直线运动,其加速度a1==v1;而1s至4s物体先减速后反向加速,4s后减速;则可判断出物体在1s末恰好经过MN,4s末又回到MN,故A正确;
B、1s-4s内,加速度a′==-
v1,由牛顿第二定律可知,F1=ma=mv1; 而F2+F1=ma′; 故F2=-
v1,故C正确,F1:F2=3:5,故B错误;
D、由图象可知,在0-2.5s内,物体向右运动,由动能定理可知,物体的动能变化量为零,则合外力做功为零,而F1做正功,F2做负功,所以F1与F2做功的绝对值相等,故D正确.
本题选错误的,故选B
(2015秋•淮安校级期末)滑雪运动员从斜面倾斜角为θ=37°的斜坡顶端由静止滑下,已知斜坡长为L=40m,运动员滑到底端用时t=4s,求:
(1)下滑的加速度a大小;
(2)滑到底端时的速度v大小;
(3)滑雪板与斜坡间的动摩擦因素μ大小.
正确答案
解:(1)在下滑过程中做初速度为零的匀加速运动
得:
(2)到达底端时的速度为v=at=5×4m/s=20m/s
(3)由牛顿第二定律可知mg•sinθ-μ•mg•cosθ=ma
代入数据得:μ=0.125
答:(1)下滑的加速度a大小是5 m/s2;
(2)滑到底端时的速度v大小是20m/s;
(3)滑雪板与斜坡间的动摩擦因素μ大小是0.125.
解析
解:(1)在下滑过程中做初速度为零的匀加速运动
得:
(2)到达底端时的速度为v=at=5×4m/s=20m/s
(3)由牛顿第二定律可知mg•sinθ-μ•mg•cosθ=ma
代入数据得:μ=0.125
答:(1)下滑的加速度a大小是5 m/s2;
(2)滑到底端时的速度v大小是20m/s;
(3)滑雪板与斜坡间的动摩擦因素μ大小是0.125.
如图所示,光滑水平面上物体A和B以轻弹簧相连接,在水平拉力F=12N的作用下做匀加速直线运动,已知A和B的质量分别为4Kg和2Kg,当突然撤掉力F的瞬时,A的加速度大小为______,B的加速度大小为______.
正确答案
2m/s2
4m/s2
解析
解:先对AB整体分析,受重力、支持力和拉力,根据牛顿第二定律,有:
F=(mA+mB)a
解得:a=
隔离对B分析,根据牛顿第二定律得,弹簧的弹力F弹=mAa=4×2=8N
撤去F的瞬间,弹簧的弹力不变,对A:aA==a=2m/s2
对B,aB==
=4m/s2.
故答案为:2m/s2,4m/s2.
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