- 牛顿运动定律
- 共29769题
如图,小木箱ABCD的质量为180g,高L=0.2m.其顶部离挡板E的竖直距离H=0.8m,在木箱内放有一个质量为20g的物体P(可视为质点),通过轻绳对静止的木箱施加一个竖直向上的恒力F.为了使木箱能向上运动,且当AD与挡板E相碰后木箱立即停止运动后,P不与木箱顶部AD相碰.求F的取值范围.(g=10m/s2)
正确答案
解:首先,在FT的作用下,木箱和物体P整体能加速上升.
即FT>(M+m)g.即FT>2N.
其次,FT的作用不能使(M+m)的加速度太大.否则当木箱与E发生大速度碰撞后,P做竖直上抛运动会与木箱顶ad相碰.
设临界状态下木箱在FT牵引下向上加速度为a,木箱与挡板E碰撞前瞬时速度为v,则:
木箱与挡板E碰后,P做竖直上抛运动,初速度为v,临界最大高度为L,则v2=2gl,可得:
临界 FT‘=(m+M)g+(m+M)a=2.5N
综上所述,FT的范围为2N<FT<2.5 N.
答:为使小物体P不会和木箱顶ad相碰,恒力F的取值围是2N<F<2.5N.
解析
解:首先,在FT的作用下,木箱和物体P整体能加速上升.
即FT>(M+m)g.即FT>2N.
其次,FT的作用不能使(M+m)的加速度太大.否则当木箱与E发生大速度碰撞后,P做竖直上抛运动会与木箱顶ad相碰.
设临界状态下木箱在FT牵引下向上加速度为a,木箱与挡板E碰撞前瞬时速度为v,则:
木箱与挡板E碰后,P做竖直上抛运动,初速度为v,临界最大高度为L,则v2=2gl,可得:
临界 FT‘=(m+M)g+(m+M)a=2.5N
综上所述,FT的范围为2N<FT<2.5 N.
答:为使小物体P不会和木箱顶ad相碰,恒力F的取值围是2N<F<2.5N.
如图,小球沿光滑轨道A→B→C运动,其中B是最低点,且AB⊥BC.小球沿直线AB运动时的加速度为a1,沿BC运动时的加速度为a2.若小球从A点出发时的速度为零,到达C点时的速度又变为零,设球在B点转向时无能量损失,A→B→C总路程为s,求:
(1)小球从A点运动到B点所经历的时间是多少?
(2)小球从A点运动到C点的这一过程中平均速度大小是多少?
正确答案
解:(1)设B点速度为v,由2ax=v12-v02
对AB段有:2a1x1=v2-0
可得:x1=
对BC段有:-2a2x2=0-v2
可得:x2=
由ABC总路程s=x1+x2
解得:v=
故AB段小球的运动时间 t==
;
(2)由上题得:x1=,x2=
设AB和BC的倾角分别为α和β.
则有a1=gsinα,a2=gsinβ
A到C的位移为 x=x1cosα+x2cosβ
由于α+β=90°,则cosα=sinβ,cosβ=sinα
可得:x=x1sinβ+x2sinα
小球从B点运动到C点的时间为 t′==
小球从A点运动到C点的过程中平均速度大小 =
联立以上各式得:=
答:(1)小球从A点运动到B点所经历的时间是.
(2)小球从A点运动到C点的这一过程中平均速度大小是.
解析
解:(1)设B点速度为v,由2ax=v12-v02
对AB段有:2a1x1=v2-0
可得:x1=
对BC段有:-2a2x2=0-v2
可得:x2=
由ABC总路程s=x1+x2
解得:v=
故AB段小球的运动时间 t==
;
(2)由上题得:x1=,x2=
设AB和BC的倾角分别为α和β.
则有a1=gsinα,a2=gsinβ
A到C的位移为 x=x1cosα+x2cosβ
由于α+β=90°,则cosα=sinβ,cosβ=sinα
可得:x=x1sinβ+x2sinα
小球从B点运动到C点的时间为 t′==
小球从A点运动到C点的过程中平均速度大小 =
联立以上各式得:=
答:(1)小球从A点运动到B点所经历的时间是.
(2)小球从A点运动到C点的这一过程中平均速度大小是.
一条足够长的浅色水平传送带自左向右匀速运行.现将一个木炭包无初速地放在传送带的最左端,木炭包在传送带上将会留下一段黑色的径迹.下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、刚放上木炭包时,木炭包的速度慢,传送带的速度快,木炭包向后滑动,所以黑色的径迹将出现在木炭包的右侧,故A正确,B错误;
C、木炭包在传送带上运动靠的是与传送带之间的摩擦力,摩擦力作为它的合力产生加速度,
所以由牛顿第二定律知,μmg=ma,所以a=μg,
当达到共同速度时,不再有相对滑动,
由V2=2ax 得,木炭包位移 X木=,
设相对滑动的时间为t,
由V=at,得t=,
此时传送带的位移为x传=vt=,
所以滑动的位移是△x=x传-X木=,
由此可以知道,黑色的径迹与木炭包的质量无关,动摩擦因素越大,相对位移越小,故C错误,D正确;
故选:AD.
如图所示,质量为m2的物体2放在正沿平直轨道向右行驶的车厢底板上,并用竖直细绳通过光滑定滑轮连接质量为m1的物体,与物体l相连接的绳与竖直方向成θ角,则( )
正确答案
解析
解:A、B、以物体1为研究对象,分析受力情况如图1:重力m1g和拉力T,根据牛顿第二定律得
m1gtanθ=m1a,得a=gtanθ,则车厢的加速度也为gtanθ.
绳子的拉力.故A错误、B正确;
C、D、对物体2研究,分析受力如图2,根据牛顿第二定律得:N=m2g-T=m2g-,f=m2a=m2gtanθ.故D正确,C错误.
故选:BD.
如图所示,生产车间有两个相互垂直且等高的水平传送带甲和乙,甲的速度为v0.质量均为m的工件离开甲前与甲的速度相同,并平稳地传到乙上,工件与乙之间的动摩擦因数为μ.乙的宽度足够大,重力加速度为g.
(1)若乙保持静止,求某工件在乙上滑行的距离;
(2)若乙的速度也为v0,求:
①刚滑上乙时,某工件受到摩擦力的大小和方向;
②某工件在乙上垂直于传送带乙的运动方向滑行的距离;
③某工件在乙上滑行的过程中产生的热量.
(3)若乙的速度为v,试判断某工件在乙上滑行的过程中所受摩擦力是否发生变化,并通过分析和计算说明理由.
正确答案
解:(1)若乙保持静止,根据牛顿第二定律和运动学公式
μmg=ma
解得工件在乙上滑行的距离
(2)①沿甲与乙的运动方向建立坐标系如答图1所示.刚滑上乙时,工件相对乙运动的速度为,方向如图所示,θ=45°
工件受到摩擦力的大小为f=μmg
方向如图所示,θ=45°
②沿x轴方向,根据牛顿运动定律和运动学公式
μmgsinθ=max
解得工件在乙上垂直于乙的运动方向滑行的距离
③工件在乙上沿x轴方向的位移为x,沿y轴方向的位移为y
根据牛顿运动定律和运动学公式
ax=μgsinθ,ay=μgcosθ
在x轴方向在y轴方向
工件滑动的时间乙前进的距离y1=v0t
工件相对乙的位移
解得
摩擦生热 Q=μmgL
解得
(3)当乙的速度为v时,工件相对乙的速度与y轴方向的夹角为α
工件受到的摩擦力与二者相对速度的方向相反,如答图2所示.
工件在x轴、y轴方向的加速度的大小分别为ax、ay,根据牛顿运动定律ax=μgsinα,ay=μgcosα
经过极短的时间△t,x轴、y轴方向的相对速度大小分别为vx=v0-ax△t,vy=v-ay△t
解得 ,
表明经过极短的时间△t,工件相对乙的速度与y轴方向的夹角仍为α,所以摩擦力方向保持不变
故工件在乙上滑行的过程中所受摩擦力的大小始终为f=μmg,方向不变
答:(1)若乙保持静止,某工件在乙上滑行的距离为;
(2)若乙的速度也为v0,
①刚滑上乙时,某工件受到摩擦力的大小μmg,方向45°;
②某工件在乙上垂直于传送带乙的运动方向滑行的距离为;
③某工件在乙上滑行的过程中产生的热量.
(3)若乙的速度为v,某工件在乙上滑行的过程中所受摩擦力没发生变化
解析
解:(1)若乙保持静止,根据牛顿第二定律和运动学公式
μmg=ma
解得工件在乙上滑行的距离
(2)①沿甲与乙的运动方向建立坐标系如答图1所示.刚滑上乙时,工件相对乙运动的速度为,方向如图所示,θ=45°
工件受到摩擦力的大小为f=μmg
方向如图所示,θ=45°
②沿x轴方向,根据牛顿运动定律和运动学公式
μmgsinθ=max
解得工件在乙上垂直于乙的运动方向滑行的距离
③工件在乙上沿x轴方向的位移为x,沿y轴方向的位移为y
根据牛顿运动定律和运动学公式
ax=μgsinθ,ay=μgcosθ
在x轴方向在y轴方向
工件滑动的时间乙前进的距离y1=v0t
工件相对乙的位移
解得
摩擦生热 Q=μmgL
解得
(3)当乙的速度为v时,工件相对乙的速度与y轴方向的夹角为α
工件受到的摩擦力与二者相对速度的方向相反,如答图2所示.
工件在x轴、y轴方向的加速度的大小分别为ax、ay,根据牛顿运动定律ax=μgsinα,ay=μgcosα
经过极短的时间△t,x轴、y轴方向的相对速度大小分别为vx=v0-ax△t,vy=v-ay△t
解得 ,
表明经过极短的时间△t,工件相对乙的速度与y轴方向的夹角仍为α,所以摩擦力方向保持不变
故工件在乙上滑行的过程中所受摩擦力的大小始终为f=μmg,方向不变
答:(1)若乙保持静止,某工件在乙上滑行的距离为;
(2)若乙的速度也为v0,
①刚滑上乙时,某工件受到摩擦力的大小μmg,方向45°;
②某工件在乙上垂直于传送带乙的运动方向滑行的距离为;
③某工件在乙上滑行的过程中产生的热量.
(3)若乙的速度为v,某工件在乙上滑行的过程中所受摩擦力没发生变化
三角形传送带以1m/s的速度逆时针匀速转动,两边的传送带长都是2m且与水平方向的夹角均为37°.现有两个小物块A、B从传送带顶端都以1m/s的初速度沿传送带下滑,物块与传送带间的动摩擦因数都是0.5,(g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、对A,因为mgsin37°>μmgcos37°,则A物体所受的滑动摩擦力沿斜面向上,向下做匀加速直线运动,B所受的滑动摩擦力沿斜面向上,向下做匀加速直线运动,两物体匀加速直线运动的加速度大小均为 a==g(sin37°-μgcos37°)=2m/s2,则加速度大小相等,初速度和位移大小均相等,则运动的时间相等,它们同时到达传送带底端.故A错误,B正确.
C、由v=v0+at知,物块A、B到达传送带底端时速度大小相等.故C正确.
D、对A,划痕的长度等于A的位移减为传送带的位移,
以A为研究对象,由运动学公式得:L=v0t+
运动时间为:t=1s.
所以皮带运动的位移为 x=vt=1m.
所以A对皮带的划痕为:△x1=2m-1m=1m
对B,划痕的长度等于B的位移加上传送带的位移,同理得出B对皮带 的划痕为△x2=2m+1m=3m.所以划痕之比为1:3,故D正确.
故选:BCD
如图所示,一质量为1kg的小球套在一根固定的直杆上,直杆与水平面夹角θ为30°.现小球在F=20N的竖直向上的拉力作用下,从A点静止出发向上运动,已知杆与球间的动摩擦因数μ=
,g=10m/s2.试求:
(1)小球运动的加速度a1;
(2)若F作用1.2s后撤去,小球上滑过程中距A点最大距离sm.
正确答案
解:(1)在力F作用时有:
(F-mg)sin30°-μm(F-mg)cos30°=ma1
a1=2.5 m/s2
(2)刚撤去F时,小球的速度v1=a1t1=3m/s
小球的位移s1 =t1=1.8m
撤去力F后,小球上滑时有:
mgsin30°+μmgcos30°=ma2
a2=7.5 m/s2
因此小球上滑时间t2==0.4s 上滑位移s2=
t2=0.6m
则小球上滑的最大距离为sm=s1+s2=2.4m
答:(1)小球运动的加速度为2.5 m/s2 ;
(2)若F作用1.2s后撤去,小球上滑过程中距A点最大距离为2.4m.
解析
解:(1)在力F作用时有:
(F-mg)sin30°-μm(F-mg)cos30°=ma1
a1=2.5 m/s2
(2)刚撤去F时,小球的速度v1=a1t1=3m/s
小球的位移s1 =t1=1.8m
撤去力F后,小球上滑时有:
mgsin30°+μmgcos30°=ma2
a2=7.5 m/s2
因此小球上滑时间t2==0.4s 上滑位移s2=
t2=0.6m
则小球上滑的最大距离为sm=s1+s2=2.4m
答:(1)小球运动的加速度为2.5 m/s2 ;
(2)若F作用1.2s后撤去,小球上滑过程中距A点最大距离为2.4m.
如图示,在一个直立的光滑管内放置一个轻质弹簧,上端O点与管口A的距离为2x0,一个质量为m的小球从管口由静止下落,将弹簧压缩至最低点B,压缩量为x0,不计空气阻力,则正确的是( )
正确答案
解析
解:A、设小球刚运动到O点时的速度为v,则有mg•2x0=mv2,v=2
,小球接触弹簧后先做加速运动,所以小球运动的最大速度大于2
.故A错误.
B、设弹簧的弹力与重力大小相等时,弹簧压缩量为x,则有mg=kx,k=.而弹簧的弹力与重力平衡的位置在B点的上方,则x<x0,则k>
.故B错误.
C、小球刚接触弹簧时的加速度大小为g,方向竖直向下,根据简谐运动的对称性可知,当小球运动到关于平衡位置对称点时,加速度大小也等于g,方向竖直向上,而此时小球还有向下的速度,还没有到达最低点,当小球到达最低点时加速度将大于g.故C错误.
D、当小球运动到最低点B时,弹性势能最大,根据机械能守恒定律得,弹簧的最大弹性势能为3mgx0.故D正确.
故选:D.
一个原来静止的物体,质量是10kg,和水平地面间的动摩擦因数是0.25,受到一个大小为100N,与水平方向37°角斜向上的力作用,沿水平面作匀变速运动,求:
(1)物体的加速度大小;
(2)5s末物体的速度;
(3)物体在前10s内的位移.
(取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
正确答案
解:(1)对物体进行受力分析,受拉力、重力、支持力和摩擦力,如图所示:
水平方向:Fcos37°-f=ma
竖直方向:N+Fsin37°=mg
其中:f=μN
代入数据:a=7m/s2;
(2)初速度为零,则5s末物体的速度:
v=v0+at=7×5=35m/s;
(3)物体在前10s内的位移:
s=v0t+at2=
×7×102=350m.
答:(1)物体的加速度是7m/s2;
(2)5s末物体的速度为35m/s;
(3)物体在前5s内的位移为350m.
解析
解:(1)对物体进行受力分析,受拉力、重力、支持力和摩擦力,如图所示:
水平方向:Fcos37°-f=ma
竖直方向:N+Fsin37°=mg
其中:f=μN
代入数据:a=7m/s2;
(2)初速度为零,则5s末物体的速度:
v=v0+at=7×5=35m/s;
(3)物体在前10s内的位移:
s=v0t+at2=
×7×102=350m.
答:(1)物体的加速度是7m/s2;
(2)5s末物体的速度为35m/s;
(3)物体在前5s内的位移为350m.
如图两个弹簧的质量不计,劲度系数分别为k1、k2,它们一端固定在质量为m的物体上,另一端分别固定在Q、P上,当物体平衡时上面的弹簧处于原长,若把固定的物体换为质量为2m的物体(弹簧的长度不变,且弹簧均在弹性限度内),当物体再次平衡时,物体比第一次平衡时的位置下降了x,则x为( )
正确答案
解析
解:当物体的质量为m时,下方弹簧被压缩的长度为:x1=…①
当物体的质量变为2m时,设物体下降的高度为x,则上方弹簧伸长的长度为x,
下方弹簧被压缩的长度为x1+x,两弹簧弹力之和等于2mg由胡克定律和平衡条件得:
k2x+k1(x1+x)=2mg…②
由①②联立解得:x=;
故选:A.
如图,足够长的斜面倾角θ=37°.一个物体以v0=12m/s的初速度从斜面A点处沿斜面向上运动.物体与斜面间的动摩擦因数为μ=0.25.已知重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:
(1)物体沿斜面上滑时的加速度大小a1;
(2)物体沿斜面上滑的最大距离x;
(3)物体沿斜面到达最高点后返回下滑时的加速度大小a2;
(4)物体从A点出发到再次回到A点运动的总时间t.
正确答案
(1)沿斜面向上运动,由牛顿第二定律得mgsinθ+μmgcosθ=ma1
解得:a1=8m/s2
(2)物体沿斜面上滑,
由
得x=9m
(3)物体沿斜面返回下滑时mgsinθ-μmgcosθ=ma2
则a2=4m/s2
(4)物体从A点出发到再次回到A点运动的总时间t.
沿斜面向上运动v0=a1t1
沿斜面向下运动
则t=t1+t2=s≈3.62s
答:(1)物体沿斜面上滑时的加速度大小a1为8m/s2;
(2)物体沿斜面上滑的最大距离x为9m;
(3)物体沿斜面到达最高点后返回下滑时的加速度大小a2为4m/s2;
(4)物体从A点出发到再次回到A点运动的总时间3.62s.
解析
(1)沿斜面向上运动,由牛顿第二定律得mgsinθ+μmgcosθ=ma1
解得:a1=8m/s2
(2)物体沿斜面上滑,
由
得x=9m
(3)物体沿斜面返回下滑时mgsinθ-μmgcosθ=ma2
则a2=4m/s2
(4)物体从A点出发到再次回到A点运动的总时间t.
沿斜面向上运动v0=a1t1
沿斜面向下运动
则t=t1+t2=s≈3.62s
答:(1)物体沿斜面上滑时的加速度大小a1为8m/s2;
(2)物体沿斜面上滑的最大距离x为9m;
(3)物体沿斜面到达最高点后返回下滑时的加速度大小a2为4m/s2;
(4)物体从A点出发到再次回到A点运动的总时间3.62s.
一小球以初速度v0=20m/s,沿光滑且足够长的斜面向上作匀减速运动,加速度a的大小为4m/s2,求小球达最高点前3s内小球的位移______m,小球在这段时间内的初速度为______m/s.
正确答案
18
12
解析
解:小球的逆运动是初速度为零的匀加速直线运动,小球达最高点前3s内,
位移x=at2=
×4×32=18m,
速度v=at=4×3=12m/s;
故答案为:18;12.
如图甲所示,物体原来静止在水平面上,用一水平力F拉物体,在F从0开始逐渐增大的过程中,物体先静止后又做变加速运动,其加速度a随外力F变化的图象如图乙所示.根据图乙中所标出的数据可计算出( )
正确答案
解析
解:AC、物体受重力、地面的支持力、向右的拉力和向左的摩擦力,
根据牛顿第二定律得:F-μmg=ma,解得:a=-μg,
由a与F图线知a-F图象的斜率等于,得到:
=
,得 m=2kg
当F=7N时a=0.5m/s2,代入上式得:0.5=
得μ=0.3,故AC正确.
B、物体与水平面间的滑动摩擦力是 f=μmg=0.3×2×10N=6N,故B正确.
D、由a-F图象可知,拉力在7 N之前加速度都是0,因此可知最大静摩擦力为7 N,故D正确.
故选:ABCD
如图所示,一质量m=0.2kg的小煤块以vo=4m/s的初速度从最左端水平进入轴心距离L=6m的水平传送带,传送带可由一电机驱使而转动.已知小煤块与传送带间的动摩擦因数μ=0.1(取g=10m/s2)( )
正确答案
解析
解:AB、当电机不开启,小煤块在传送带上做匀减速直线运动,加速度为:a=μg=0.1×10m/s2=1m/s2
根据速度位移公式:v02-v2=2aL,解得:v==
=2m/s,运动的时间为:t=
=
=2s.故A正确,B错误.
C、当电机开启,传送带顺时针转动,小煤块在传送带上做匀加速直线运动,当速度达到传送带速度,一起做匀速直线运动,则煤块达到传送带速度所经历的时间为:t==
=1s,此时小煤块的位移为:x1=
=
=4.5m,传送带的位移为:x2=vt=5×1m=5m,则黑色痕迹的长度为:△x=x2-x1=5-4.5m=0.5m.故C正确.
D、当电机开启,煤块一直加速运动时所需时间最短,由v2-v02=2aL知,传送带的速度vm==
=2
m/s,故D正确;
故选:ACD.
冬季有一种雪上“府式冰撬”滑溜运动,运动员从起跑线推着冰撬加速一段相同距离,再跳上冰撬自由滑行,滑行距离最远者获胜,运动过程可简化为如图所示的模型,某一质量m=20kg的冰撬静止在水平雪面上的A处,现质量M=60kg的运动员,用与水平成a=37°角的恒力F=200N斜向下推动冰撬,使其沿AP方向一起做直线运动,当冰撬到达P点时运动员迅速跳上冰撬与冰撬一起运动(运动员跳上冰撬瞬间,运动员和冰撬的速度不变).已知AP距离为S=12m,冰撬与雪面间的动摩擦因数为0.2,不计冰撬长度和空气阻力.
(g取10m/s2,cos37°=0.8)求:
(1)冰撬从A到P的运动时间;
(2)冰撬从p点开始还能滑行的距离.
正确答案
解:(1)冰橇做匀加速直线运动阶段:
Fcosα-μ(mg+Fsinα)=ma1.
代入数据得:.
得:.
(2)加速结束时:.
减速阶段:μ(M+m)g=(M+m)a2
代入数据得,.
根据得,
x==28.8m.
答:(1)冰撬从A到P的运动时间为.
(2)冰撬从p点开始还能滑行的距离为28.8m.
解析
解:(1)冰橇做匀加速直线运动阶段:
Fcosα-μ(mg+Fsinα)=ma1.
代入数据得:.
得:.
(2)加速结束时:.
减速阶段:μ(M+m)g=(M+m)a2
代入数据得,.
根据得,
x==28.8m.
答:(1)冰撬从A到P的运动时间为.
(2)冰撬从p点开始还能滑行的距离为28.8m.
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