- 牛顿运动定律
- 共29769题
如图所示,水平传送带以恒定的速度2m/s向左运动,将物体(可视为质点)轻轻放在传送带的右端,经时间2s,物体速度变为2m/s.再经过时间2s,物体到达传送带的左端.求:
(1)物体在水平传送带上滑动时的加速度大小;
(2)物体与水平传送带间的动摩擦因数;
(3)物体从水平传送带的右端到达左端通过的位移.
正确答案
解:由题意可知,物体前2s内做匀加速度直线运动,后2s内做匀速直线运动.
设前2s内物体的位移为x1,对物体受力分析如图所示.
由牛顿第二定律得Ff=μmg=ma------------①
由运动学公式得X1=at2---------------②
v=at1-----------------③
设后2s内物体的位移为x2,则x2=vt2--------④
物体从水平传送带的右端到达左端通过的位移x=x1+x2------⑤
联立①②③④⑤式解得:
a=1m/s2,
μ=0.1,
x=6m.
答:(1)物体在水平传送带上滑动时的加速度大小为1m/s2;
(2)物体与水平传送带间的动摩擦因数为0.1;
(3)物体从水平传送带的右端到达左端通过的位移为6m.
解析
解:由题意可知,物体前2s内做匀加速度直线运动,后2s内做匀速直线运动.
设前2s内物体的位移为x1,对物体受力分析如图所示.
由牛顿第二定律得Ff=μmg=ma------------①
由运动学公式得X1=at2---------------②
v=at1-----------------③
设后2s内物体的位移为x2,则x2=vt2--------④
物体从水平传送带的右端到达左端通过的位移x=x1+x2------⑤
联立①②③④⑤式解得:
a=1m/s2,
μ=0.1,
x=6m.
答:(1)物体在水平传送带上滑动时的加速度大小为1m/s2;
(2)物体与水平传送带间的动摩擦因数为0.1;
(3)物体从水平传送带的右端到达左端通过的位移为6m.
如图所示,某传送带与地面倾角θ=37°,AB之间距离L1=2.05m,传送带以V0=1.0m/s的速率逆时针转动.质量为M=1.0kg,长度L2=1.0m的木板上表面与小物块的动摩擦因数μ2=0.4,下表面与水平地面间的动摩擦因数μ3=0.1,开始时长木板靠近传送带B端并处于静止状态.现在传送带上端A无初速地放一个质量为m=1.0kg的小物块,它与传送带之间的动摩擦因数为μ1=0.5,(假设物块在滑离传送带至木板右端时速率不变,sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2).求:
(1)物块离开B点的速度大小;
(2)物块在木板上滑过的距离;
(3)木板在地面上能滑过的最大距离.
正确答案
解:(1)以小物块为研究对象,收到重力、弹力和沿斜面向下的滑动摩擦力.
由牛顿第二定律得:
刚开始物块相对传送带往下滑其加速度为
a1=gsin37°+μ1gcos37°=10 m/s2
物快与传送带速度V0用的时间:t1==0.1s
位移s1= a1 t12 =0.05m
过后因μ1<tan37°,所以物快受重力、弹力和沿斜面向上的滑动摩擦力,
由牛顿第二定律得:
物块相对传送带往下滑其加速度:a2=gsin37°-μ1gcos37°=2 m/s2
由运动学公式得:s2=L1-s1=(VB2-VO2)
代入数据解之得:VB=3m/s
(2)物块滑上木板受重力、弹力和向右的滑动摩擦力,物快相对滑动时做匀减速运动,
由牛顿第二定律得:其加速度a3=-μ2g=-4 m/s2
木板受重力、弹力和上下接触物体的滑动摩擦力,由牛顿第二定律得:
木板的加速度a4=〔μ2mg-μ3 (mg+Mg)〕=2 m/s2
设经过t2物块与木板达到相同速度V2,则由运动学公式得:VB+a3 t2 =a4 t2
解之得:t2=0.5s
木板的速度:V2=a4 t2=1m/s
物块对地位移s3=( V22-VB2)=1 m
木板对地位移s4==0.25m
物块在木板上滑过的距离△s=s3-s4=0.75m
(3)因μ3<μ2物块能与木板保持相对静止,其整体加速度为a5=-μ3g=-1m/s2
物块与木板做匀减速运动到停止的位移s5==0.5m
木板对地的位移s板=s4+s5=0.75m
答:(1)物块离开B点的速度大小3m/s;
(2)物块在木板上滑过的距离为0.75m;
(3)木板在地面上能滑过的最大距离为0.75m.
解析
解:(1)以小物块为研究对象,收到重力、弹力和沿斜面向下的滑动摩擦力.
由牛顿第二定律得:
刚开始物块相对传送带往下滑其加速度为
a1=gsin37°+μ1gcos37°=10 m/s2
物快与传送带速度V0用的时间:t1==0.1s
位移s1= a1 t12 =0.05m
过后因μ1<tan37°,所以物快受重力、弹力和沿斜面向上的滑动摩擦力,
由牛顿第二定律得:
物块相对传送带往下滑其加速度:a2=gsin37°-μ1gcos37°=2 m/s2
由运动学公式得:s2=L1-s1=(VB2-VO2)
代入数据解之得:VB=3m/s
(2)物块滑上木板受重力、弹力和向右的滑动摩擦力,物快相对滑动时做匀减速运动,
由牛顿第二定律得:其加速度a3=-μ2g=-4 m/s2
木板受重力、弹力和上下接触物体的滑动摩擦力,由牛顿第二定律得:
木板的加速度a4=〔μ2mg-μ3 (mg+Mg)〕=2 m/s2
设经过t2物块与木板达到相同速度V2,则由运动学公式得:VB+a3 t2 =a4 t2
解之得:t2=0.5s
木板的速度:V2=a4 t2=1m/s
物块对地位移s3=( V22-VB2)=1 m
木板对地位移s4==0.25m
物块在木板上滑过的距离△s=s3-s4=0.75m
(3)因μ3<μ2物块能与木板保持相对静止,其整体加速度为a5=-μ3g=-1m/s2
物块与木板做匀减速运动到停止的位移s5==0.5m
木板对地的位移s板=s4+s5=0.75m
答:(1)物块离开B点的速度大小3m/s;
(2)物块在木板上滑过的距离为0.75m;
(3)木板在地面上能滑过的最大距离为0.75m.
如图所示,传送带的水平部分长为L,传动速率为v,在其左端无初速放一小木块,若木块与传送带间的动摩擦因数为μ,则木块从左端运动到右端的时间可能是( )
正确答案
解析
解:若木块沿着传送带的运动是一直加速,根据牛顿第二定律,有
μmg=ma ①
根据位移时间公式,有
②
由①②解得
故C正确;
若木块沿着传送带的运动是先加速后匀速,根据牛顿第二定律,有
μmg=ma ③
根据速度时间公式,有
v=at1 ④
根据速度位移公式,有
v2=2ax1 ⑤
匀速运动过程,有
L-x1=vt2 ⑥
由③④⑤⑥解得
t=t1+t2=
故A正确;
如果物体滑到最右端时,速度恰好增加到v,根据平均速度公式,有
L=v平均t=
故
t=
故D正确;
故选:ACD.
以初速度v0冲上倾角为θ光滑斜面,求物体在斜面上运动的距离是多少.
正确答案
解析
解:根据牛顿第二定律得,物体在斜面上上滑的加速度大小为:a=,
则物体在斜面上运动的距离为:x=.
答:物体在斜面上运动的距离为.
如图所示,MN是两块竖直放置的带电平行板,板内有水平向左的匀强电场,PQ是光滑绝缘的水平滑槽,滑槽从N板中间穿入电场.a、b为两个带等量正电荷的相同小球,两球之间用绝缘水平轻杆固连,轻杆长为两板间距的
,杆长远大于球的半径,开始时从外面用绝缘轻绳拉着b球使a球靠近M板但不接触.现对轻绳施以沿杆方向的水平恒力拉着b球和a球由静止向右运动,当b球刚从小孔离开电场时,撤去拉力,之后a球也恰好能离开电场.求运动过程中b球离开电场前和离开电场后(a球还在电场中)轻杆中的弹力之比.不计两球间库仑力,球视为点电荷.
正确答案
解:设两球质量各为m,各受电场力大小为f,杆长为L,b球刚穿出时速度为v,两球加速时加速度大小为a1,减速时加速度大小为a2,b球离开前杆弹力大小为F1,离开后弹力大小为F2
对a球 F1-f=ma1 ①
对b球 F2=ma2 ②
对整体 f=2ma2 ③
加速过程 v2=2a1•2L ④
减速过程 v2=2a2L ⑤
联立解得 ⑥
答:运动过程中b球离开电场前和离开电场后(a球还在电场中)轻杆中的弹力之比为5:2.
解析
解:设两球质量各为m,各受电场力大小为f,杆长为L,b球刚穿出时速度为v,两球加速时加速度大小为a1,减速时加速度大小为a2,b球离开前杆弹力大小为F1,离开后弹力大小为F2
对a球 F1-f=ma1 ①
对b球 F2=ma2 ②
对整体 f=2ma2 ③
加速过程 v2=2a1•2L ④
减速过程 v2=2a2L ⑤
联立解得 ⑥
答:运动过程中b球离开电场前和离开电场后(a球还在电场中)轻杆中的弹力之比为5:2.
在水平地面上有一辆运动的平板小车,车上固定一个盛水的烧杯,烧杯的直径为L,当小车作加速度为a的匀加速运动时,水面呈如图所示,则小车的加速度方向为______,左右液面的高度差h为______.
正确答案
向右
解析
解:在水面上的某一点选取一滴小水滴为研究的对象,它受到重力和垂直于斜面的支持力的作用,合力的方向向右,所以小水滴向右加速运动,
设斜面与水平面的夹角为θ,小水滴受到的合力:F=mgtanθ;
小水滴的加速度:a=gtanθ.方向向右.
又由几何关系,得:,所以:
故答案为:向右;
如图所示,m2叠放在m1上,m1位于光滑水平面上,m1、m2间的动摩擦因数为μ,现在m2上施加一个随时间变化的力F=kt(k为常数),则下列图中能定性描述m1、m2的加速度a1、a2关系的是( )
正确答案
解析
解:当F比较小时,两个物体相对静止,加速度相同,根据牛顿第二定律得:
a==
,a∝t;
当F比较大时,m2相对于m1运动,根据牛顿第二定律得:
对m1:a1=,μ、m1、m2都一定,则a1一定.
对m2:a2==
,a2是t的线性函数,t增大,a2增大.由于F随时间增大,木块和木板之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等,所以a2大于两物体相对静止时的最大加速度.
故选:B
如图所示,质量为m=4kg的物体与水平地面间的动摩擦因数μ=0.2,现用F=25N与水平方向成θ=37°的力拉物体,使物体由静止开始做匀加速运动:
(1)求物体的加速度的大小?
(2)若F作用t=4s后即撤除,此后物体还能运动多久?(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
正确答案
解:(1)对物体受力分析,进行正交分解.根据牛顿第二定律有:Fcosθ-Ff=ma
Ff=μFN=μ(mg-Fsinθ)=5N
解得:
(2)4s末物体的速度为:v=at=3.75×4m/s=15m/s
撤去F后物体的加速度为:a=μg=0.2×10m/s2=2m/s2
故物体还可以运动的时间为:
答:(1)物体的加速度的大小为3.75m/s2.
(2)若F作用t=4s后即撤除,此后物体还能运动7.5s.
解析
解:(1)对物体受力分析,进行正交分解.根据牛顿第二定律有:Fcosθ-Ff=ma
Ff=μFN=μ(mg-Fsinθ)=5N
解得:
(2)4s末物体的速度为:v=at=3.75×4m/s=15m/s
撤去F后物体的加速度为:a=μg=0.2×10m/s2=2m/s2
故物体还可以运动的时间为:
答:(1)物体的加速度的大小为3.75m/s2.
(2)若F作用t=4s后即撤除,此后物体还能运动7.5s.
如图(a)所示,光滑水平面上停放着一辆上表面粗糙的平板车,质量为M,车的上表面距地面的高度与车上表面长度相同.一质量为m的铁块以水平初速度v0滑到小车上,它们的速度随时间变化的图象如图(b)所示(t0是滑块在车上运动的时间),重力加速度为g.则下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据图线知,铁块的加速度大小.小车的加速度大小
,知铁块与小车的加速度之比为2:3,根据牛顿第二定律,铁块的加速度
,小车的加速度
,则铁块与小车的质量之比m:M=3:2.故A错误.
B、铁块的加速度,又
,则
.故B正确.
C、铁块的位移,小车的位移
,则小车的长度
.故C正确.
D、物体离开小车做平抛运动,运动时间,则铁块距小车左端的距离△x=(
)t+L=
.故D错误.
故选BC.
(2015秋•汕头校级期末)如图所示,A和B的质量分别是2kg和1kg,弹簧和悬线的质量不计,在A上面的悬线烧断的瞬间( )
正确答案
解析
解:悬线烧断弹簧前,由B平衡得到,弹簧的弹力大小F=mBg.悬线烧断的瞬间,弹簧的弹力没有来得及变化,大小仍为F=mBg,此瞬间B物体受到的弹力与重力仍平衡,合力为零,则B的加速度为零.A受到重力和向下的弹力,由牛顿第二定律得:
A的加速度aA==
=
;
B的加速度aB==
=0;
故BC正确,AD错误;
故选:BC.
如图所示,水平面上有一固定着轻质定滑轮O的长方体物体C,放置在C上的物体B和通过一轻质细绳与物体A相连,细绳与B相连的一部分与水平面平行,与A相连另一部分保持竖直,现将A、B由静止释放且C始终保持静止.已知A、B的质量均为m,重力加速度为g,不计A与C、B与C之间的摩擦,不计绳与滑轮之间的摩擦.则在物体A未落地以及物体B未撞上滑轮之前.求在此过程中:
(1)轻质细绳的拉力T的大小?
(2)滑轮受到绳的力N的大小?
(3)判断地面对物体C是否有摩擦,若没有请说明原因,如果有摩擦求出地面对C的摩擦力f的大小?
正确答案
解:(1)以A作为研究对象:mg-T=ma
以B作为研究对象:T=ma
解得:T=0.5mg
(2)经分析滑轮对绳的力与水平竖直两绳拉力的合力大小相等,方向相同
N= 方向与水平夹角为45°
(3)以C作为研究对象:水平方向 Ncosθ-f=0
解得,方向向右.
答:(1)轻质细绳的拉力T的大小为0.5mg;
(2)滑轮受到绳的力N的大小为;
(3)地面对C的摩擦力f的大小为.
解析
解:(1)以A作为研究对象:mg-T=ma
以B作为研究对象:T=ma
解得:T=0.5mg
(2)经分析滑轮对绳的力与水平竖直两绳拉力的合力大小相等,方向相同
N= 方向与水平夹角为45°
(3)以C作为研究对象:水平方向 Ncosθ-f=0
解得,方向向右.
答:(1)轻质细绳的拉力T的大小为0.5mg;
(2)滑轮受到绳的力N的大小为;
(3)地面对C的摩擦力f的大小为.
如图所示,质量为m的物体被两根细绳OA、OB挂在小车上,两根细绳与车顶水平面夹角分别为60°和30°.试求:
①若小车静止不动,绳OA拉力 T1和绳OB拉力T2分别为多大?
②若小车以大小为g的加速度向右匀加速运动时,绳OA拉力 T1和绳OB拉力T2分别为多大?
③为使OA绳的拉力恰好为0,则小车向右运动的加速度为多大?
正确答案
解:①小车静止不动,分析物体的受力情况,如图,根据平衡条件得
T1=Gcos30°=,T2=Gsin30°=
②若小车以大小为g的加速度向右匀加速运动时,分析物体的受力情况,如图,由牛顿第二定律得
T2cos30°-T1sin30°=ma
T2sin30°+T1cos30°=mg
解得,T1=,T2=
③为使OA绳的拉力恰好为0,物体受到绳OB拉力和重力,合力方向水平向右,则有
mgcot30°=ma,a=g
答:①若小车静止不动,绳OA拉力 T1和绳OB拉力T2分别为和
.
②若小车以大小为g的加速度向右匀加速运动时,T1为,T2为
.
③为使OA绳的拉力恰好为0,小车向右运动的加速度为g.
解析
解:①小车静止不动,分析物体的受力情况,如图,根据平衡条件得
T1=Gcos30°=,T2=Gsin30°=
②若小车以大小为g的加速度向右匀加速运动时,分析物体的受力情况,如图,由牛顿第二定律得
T2cos30°-T1sin30°=ma
T2sin30°+T1cos30°=mg
解得,T1=,T2=
③为使OA绳的拉力恰好为0,物体受到绳OB拉力和重力,合力方向水平向右,则有
mgcot30°=ma,a=g
答:①若小车静止不动,绳OA拉力 T1和绳OB拉力T2分别为和
.
②若小车以大小为g的加速度向右匀加速运动时,T1为,T2为
.
③为使OA绳的拉力恰好为0,小车向右运动的加速度为g.
如图,在竖直平面内建立xOy直角坐标系,Oy表示竖直向上的方向.已知该平面内存在沿x轴负方向的区域足够大的匀强电场,现有一个带电量为2.5×10-4C,质量为0.5kg的小球从坐标原点O沿y轴正方向以一定的初速度竖直向上抛出,它到达的最高点位置为图中的Q点,不计空气阻力,g取10m/s2.试分析求解:
(1)小球带何种电荷;
(2)该匀强电场的电场强度大小;
(3)小球从O点抛出到落回x轴的过程中电势能的改变量;
(4)小球落回x轴时的动能.
正确答案
解:(1)小球的轨迹向右偏转,可知小球所受的电场力沿x轴正方向,而电场方向沿x轴负方向,故小球带负电.
(2)小球在y轴方向上做竖直上抛运动,设小球到达最高点所用的时间为t1
上升的高度为h,电场强度为E,竖直分运动:
在x轴方向上,小球做匀加速运动,水平方向上的位移:
小球的水平分运动的加速度a,根据牛顿第二定律,有:
联立以上各式,根据图象的数据可得,电场强度:
E=104v/m
(3)小球在运动的过程中总时间:t2=2t1
小球在x轴运动的位移:
电场力做的功:
W=qEs2
联立以上各式可得:
W=16J
故在整个过程中小球的电势能减少了16J.
(4)小球抛出时的速度v0
解得:v0=8m/s
小球落回抛出点时沿x轴方向的速度v′
v′=8m/s
小球落回x轴的动能:
=32J
答:(1)小球带负电荷;
(2)该匀强电场的电场强度大小为104v/m;
(3)小球从O点抛出到落回x轴的过程中电势能减少了16J;
(4)小球落回x轴时的动能为32J.
解析
解:(1)小球的轨迹向右偏转,可知小球所受的电场力沿x轴正方向,而电场方向沿x轴负方向,故小球带负电.
(2)小球在y轴方向上做竖直上抛运动,设小球到达最高点所用的时间为t1
上升的高度为h,电场强度为E,竖直分运动:
在x轴方向上,小球做匀加速运动,水平方向上的位移:
小球的水平分运动的加速度a,根据牛顿第二定律,有:
联立以上各式,根据图象的数据可得,电场强度:
E=104v/m
(3)小球在运动的过程中总时间:t2=2t1
小球在x轴运动的位移:
电场力做的功:
W=qEs2
联立以上各式可得:
W=16J
故在整个过程中小球的电势能减少了16J.
(4)小球抛出时的速度v0
解得:v0=8m/s
小球落回抛出点时沿x轴方向的速度v′
v′=8m/s
小球落回x轴的动能:
=32J
答:(1)小球带负电荷;
(2)该匀强电场的电场强度大小为104v/m;
(3)小球从O点抛出到落回x轴的过程中电势能减少了16J;
(4)小球落回x轴时的动能为32J.
一质量为2kg的物体(视为质点)从某一高度由静止下落,与地面相碰后(忽略碰撞时间)又上升到最高点,该运动过程的v-t图象如图所示.如果上升和下落过程中空气阻力大小相等,求:
(1)物体上升的最大高度;
(2)物体下落过程中所受的空气阻力的大小.(取g=10m/s2)
正确答案
解:(1)由图象可知:上升的最大高度为H=S=
(2)由图知,下落时 a1=8m/s2,上升时a2=12m/s2
由牛顿第二定律得,下落时mg-f=ma1
上升时 mg+f=ma2
联立可解:f=4N
答:(1)物体上升的最大高度为1.5m;
(2)物体下落过程中所受的空气阻力的大小为4N
解析
解:(1)由图象可知:上升的最大高度为H=S=
(2)由图知,下落时 a1=8m/s2,上升时a2=12m/s2
由牛顿第二定律得,下落时mg-f=ma1
上升时 mg+f=ma2
联立可解:f=4N
答:(1)物体上升的最大高度为1.5m;
(2)物体下落过程中所受的空气阻力的大小为4N
如图所示,将小砝码静置于桌面上的薄纸板上,砝码距纸板左边缘d=0.16m,距桌面右边缘x=0.3m.某时刻用水平向右的拉力将纸板以a1=4m/s2的加速度迅速抽出,此时砝码获得a2=2m/s2的加速度.若砝码的质量为m,各接触面间的动摩擦因数均为μ=0.2,重力加速度为g=10m/s2.求
(1)把纸板从砝码下面抽出所用的时间t,纸板从砝码下面抽出时砝码的速度v;
(2)计算判断砝码是否会滑出桌面.
正确答案
解(1)当纸板从砝码下面抽出时,有
代入数据解得 t=0.4s
砝码的速度 v=a2t=2×0.4m/s=0.8m/s
(2)t 时间内砝码位移 ,
纸板从砝码下面抽出后,砝码在桌面上做匀减速运动,由牛顿第二定律,得μmg=ma3
得加速度大小
由-v2=-2a3x2
代入数据解得砝码在桌面上滑动的位移 x2=0.16m
由于x1+x2=0.32m>x
所以砝码会从右边滑出桌面.
答:(1)把纸板从砝码下面抽出所用的时间为0.4s,纸板从砝码下面抽出时砝码的速度为0.8m/s.
(2)砝码会从右边滑出桌面.
解析
解(1)当纸板从砝码下面抽出时,有
代入数据解得 t=0.4s
砝码的速度 v=a2t=2×0.4m/s=0.8m/s
(2)t 时间内砝码位移 ,
纸板从砝码下面抽出后,砝码在桌面上做匀减速运动,由牛顿第二定律,得μmg=ma3
得加速度大小
由-v2=-2a3x2
代入数据解得砝码在桌面上滑动的位移 x2=0.16m
由于x1+x2=0.32m>x
所以砝码会从右边滑出桌面.
答:(1)把纸板从砝码下面抽出所用的时间为0.4s,纸板从砝码下面抽出时砝码的速度为0.8m/s.
(2)砝码会从右边滑出桌面.
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