- 牛顿运动定律
- 共29769题
如图为火车站使用的传送带示意图,绷紧的传送带水平部分长度L=4m,并以
v0=1m/s的速度匀速向右运动.现将一个可视为质点的旅行包无初速度地轻放在传送带的左端,已知旅行包与传送带之间的动摩擦因数μ=0.2,g取10m/s2.
(1)求旅行包经过多长时间到达传送带的右端.
(2)若要旅行包从左端运动到右端所用时间最短,传送带速度的大小应满足什么条件?
正确答案
解:(1)旅行包无初速度地轻放在传送带的左端,先在滑动摩擦力作用下做匀加速直线运动,加速度 a==μg=0.2×10m/s2=2m/s2.
匀加速运动的时间 t1==
s=0.5s
匀加速运动的位移 x=at12=
m=0.25 m
此后旅行包匀速运动,匀速运动的时间 t2==
s=3.75s
所以旅行包从左端运动到右端所用时间 t=t1+t2=4.25s.
(2)要使旅行包在传送带上运行时间最短,必须使旅行包在传送带上一直加速,
由v2=2aL得
v==
m/s=4m/s
即传送带速度必须大于或等于4 m/s
答:(1)旅行包经过4.25s到达传送带的右端.(2)若要旅行包从左端运动到右端所用时间最短,传送带速度的大小应大于或等于4 m/s.
解析
解:(1)旅行包无初速度地轻放在传送带的左端,先在滑动摩擦力作用下做匀加速直线运动,加速度 a==μg=0.2×10m/s2=2m/s2.
匀加速运动的时间 t1==
s=0.5s
匀加速运动的位移 x=at12=
m=0.25 m
此后旅行包匀速运动,匀速运动的时间 t2==
s=3.75s
所以旅行包从左端运动到右端所用时间 t=t1+t2=4.25s.
(2)要使旅行包在传送带上运行时间最短,必须使旅行包在传送带上一直加速,
由v2=2aL得
v==
m/s=4m/s
即传送带速度必须大于或等于4 m/s
答:(1)旅行包经过4.25s到达传送带的右端.(2)若要旅行包从左端运动到右端所用时间最短,传送带速度的大小应大于或等于4 m/s.
一质量m=1.2kg的木块在水平地面上滑行,滑行的初速度v0=8m/s,经时间t=2s后停止.求:
(1)木块滑行的加速度大小;
(2)木块受到的摩擦力大小.
正确答案
解:(1)设木块滑行的加速度大小为a,由运动公式有:
v0-at=0
解得:a==
m/s2=4m/s2
(2)由牛顿第二定律得木块受到的摩擦力为:
Ff=ma=1.2×4N=4.8N
答:(1)木块滑行的加速度大小为4m/s2;
(2)木块受到的摩擦力大小为4.8N.
解析
解:(1)设木块滑行的加速度大小为a,由运动公式有:
v0-at=0
解得:a==
m/s2=4m/s2
(2)由牛顿第二定律得木块受到的摩擦力为:
Ff=ma=1.2×4N=4.8N
答:(1)木块滑行的加速度大小为4m/s2;
(2)木块受到的摩擦力大小为4.8N.
如图所示,质量m=1kg的物块,以速度v0=4m/s滑上正沿逆时针转动的水平传送带,传送带两滑轮A、B间的距离L=6m,已知传送带的速度v=2m/s,物块与传送带间的动摩擦因数μ=0.2. 关于物块在传送带上的运动,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、滑块先向右匀减速,对于向右滑行过程,根据牛顿第二定律,有
μmg=ma
解得
a=μg=2m/s2
根据运动学公式,有
0=v0-at1
x=
解得
t1=2s
x=4m
向左匀加速过程,根据运动学公式,有
最后3m做匀速直线运动,有
即滑块在传送带上运动的总时间为:t=t1+t2+t3=4.5s
故A正确,B错误;
C、向右减速过程和向左加速过程中,摩擦力为恒力,故摩擦力做功为:Wf=-f(x-x1)=-μmg(x-x1)=-6J,即物体克服摩擦力做功6J,或摩擦力对物体做功-6J,故C错误;
D、整个运动过程中由于摩擦产生的热量等于滑块与传送带之间的一对摩擦力做功的代数和,等于摩擦力与相对路程的乘积;
物体向右减速过程,传送带向左移动的距离为:l1=vt1=4m
物体向左加速过程,传送带运动距离为:l2=vt2=2m
即Q=f•S=μmg•[(l1+x)+(l2-x1)]=18J,故D正确;
故选AD.
如图,一平板车以某一速度v0=5m/s匀速行驶,某时刻一货箱(可视为质点)无初速度地放置于平板车上,货箱离车后端的距离为l=3
m,货箱放入车上的同时,平板车开始刹车,刹车过程可视为做加速度a=3m/s2的匀减速直线运动.已知货箱与平板车之间的摩擦因数为μ=0.2,g=10m/s2.求:
(1)货箱放上平板车时加速度大小和方向;
(2)通过计算,说明货箱能否从平板车上滑离;
(3)若货箱没有滑离平板车,则货箱最终停止时离平板车后端距离多大?
正确答案
解:(1)货箱:μmg=ma1
得a1=2.0m/s2,方向向前
(2)假设货箱能与平板车达到共速,则
箱:v=a1t
车:v=v0-a2t
得t=1.0s
v=2.0m/s
箱:=1m
对平板车:m=3m.
此时,货箱相对车向后移动了:△x=s2-s1=3m<3m,
故货箱不会掉下.
(3)由于货箱的最大加速度为:a1=μg=2m/s2<a2,所以二者达到相同速度后,分别以不同的加速度匀减速运动到停止,此后货箱和车的位移分别为x3、x4,
对货箱:,
对平板车:,
故货箱到车尾的距离为:d=L-△x+x3-x4=m.
答:(1)货箱放上平板车时加速度大小为2m/s2和方向向前.
(2)货箱不会掉下.
(3)最终停止时离车后端的距离d是m.
解析
解:(1)货箱:μmg=ma1
得a1=2.0m/s2,方向向前
(2)假设货箱能与平板车达到共速,则
箱:v=a1t
车:v=v0-a2t
得t=1.0s
v=2.0m/s
箱:=1m
对平板车:m=3m.
此时,货箱相对车向后移动了:△x=s2-s1=3m<3m,
故货箱不会掉下.
(3)由于货箱的最大加速度为:a1=μg=2m/s2<a2,所以二者达到相同速度后,分别以不同的加速度匀减速运动到停止,此后货箱和车的位移分别为x3、x4,
对货箱:,
对平板车:,
故货箱到车尾的距离为:d=L-△x+x3-x4=m.
答:(1)货箱放上平板车时加速度大小为2m/s2和方向向前.
(2)货箱不会掉下.
(3)最终停止时离车后端的距离d是m.
如图所示,物块以初速v0,从A点沿由相同材料组成的不光滑轨道运动,通过水平距离S,到高为h的B点后自动返回,其返回途中仍经过A点,则经过A点的速度大小为______,物块与轨道材料间的动摩擦因数为______.
正确答案
解析
解:设物块经过A点的速度大小为v1,斜面的倾角为α
对小球由A至B研究,由动能定理:-mgh-Wf=0-mυ02 ①
再对由B返回A研究,由动能定理:mgh-Wf=mυ12 ②
解得:υ1=.
由①得:Wf=mυ02-mgh ③
物块克服滑动摩擦力做功Wf=μmg(s-hcotα)+μmgcosα•=μmgs ④
由③④得:μ=
故答案为:,
一辆质量m=2.0t的小轿车,驶过半径R=100m的一段圆弧形桥面,重力加速度g=10m/s2,求
(1)若桥面为凹形,轿车以20m/s的速度通过桥面最底点时,对桥面压力是多大?
(2)若桥面为凸形,轿车以10m/s的速度通过桥面最高点时,对桥面压力是多大?
(3)桥车以多大速度通过凸形桥面顶点时,对桥面刚好没有压力?
正确答案
解:(1)若桥面为凹形,在最低点有:
=2000×4+20000N=28000N
即汽车对桥的压力为28000N.
(2)若桥面为凸形,在最高点有:
=20000-2000N=18000N
即汽车对桥的压力为18000N.
(3)当对桥面刚好没有压力时,只受重力,重力提供向心力,根据牛顿第二定律得:
v==10
m/s
答;(1)若桥面为凹形,轿车以20m/s的速度通过桥面最底点时,对桥面压力是28000N;
(2)若桥面为凸形,轿车以10m/s的速度通过桥面最高点时,对桥面压力是18000N;
(3)桥车以10m/s的速度通过凸形桥面顶点时,对桥面刚好没有压力.
解析
解:(1)若桥面为凹形,在最低点有:
=2000×4+20000N=28000N
即汽车对桥的压力为28000N.
(2)若桥面为凸形,在最高点有:
=20000-2000N=18000N
即汽车对桥的压力为18000N.
(3)当对桥面刚好没有压力时,只受重力,重力提供向心力,根据牛顿第二定律得:
v==10
m/s
答;(1)若桥面为凹形,轿车以20m/s的速度通过桥面最底点时,对桥面压力是28000N;
(2)若桥面为凸形,轿车以10m/s的速度通过桥面最高点时,对桥面压力是18000N;
(3)桥车以10m/s的速度通过凸形桥面顶点时,对桥面刚好没有压力.
如图所示,质量m=2kg的物体与水平地面间的动摩擦因数为μ=0.5,在与水平成θ=37°,大小F=10N的恒力作用下,从静止开始向右运动,经过t1=4s时撤去恒力F,求物体在地面上滑行的总位移s.(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
正确答案
解:前4s,由牛顿第二定律得:
Fcosθ-μ(mg-Fsinθ)=ma1,
解得:a1=0.5m/s2,
物体的位移:s1=a1t12=
×0.5×42=4m,
撤去外力时物体的速度:v=a1t1=0.5×4=2m/s,
撤去恒力F后,由牛顿第二定律得:
μmg=ma2,解得:a2=μg=5m/s2,
撤去外力后物体的位移:s2==
=0.4m,
物体的总位移:s=s1+s2=4m+0.4m=4.4m;
答:物体在地面上滑行的总位移s为4.4m.
解析
解:前4s,由牛顿第二定律得:
Fcosθ-μ(mg-Fsinθ)=ma1,
解得:a1=0.5m/s2,
物体的位移:s1=a1t12=
×0.5×42=4m,
撤去外力时物体的速度:v=a1t1=0.5×4=2m/s,
撤去恒力F后,由牛顿第二定律得:
μmg=ma2,解得:a2=μg=5m/s2,
撤去外力后物体的位移:s2==
=0.4m,
物体的总位移:s=s1+s2=4m+0.4m=4.4m;
答:物体在地面上滑行的总位移s为4.4m.
如图所示,一质量m=0.8g,带电量大小q=2.0×10-6C带电小球,用绝缘丝线悬挂,置于水平向右的匀强电场中,处于静止.已知θ=45°,求:
(1)小球带什么电?
(2)匀强电场的场强多大?(g=10m/s2)
(3)若剪断细丝线,小球在电场中做什么运动?并求带电小球的加速度a.
正确答案
解:(1)小球电场力与电场强度方向相反,
所以小球带负电
(2)因θ=45°由受力图可知mg=qE
电场强度=4×103N/C
(3)因小球所受合力恒定,初速度为0,所以小球作匀加速直线运动
a=
答:(1)小球带负电;
(2)匀强电场的场强为4×103N/C;
(3)若剪断细丝线,小球在电场中做匀加速直线运动运动;带电小球的加速度a为14.1m/s2.
解析
解:(1)小球电场力与电场强度方向相反,
所以小球带负电
(2)因θ=45°由受力图可知mg=qE
电场强度=4×103N/C
(3)因小球所受合力恒定,初速度为0,所以小球作匀加速直线运动
a=
答:(1)小球带负电;
(2)匀强电场的场强为4×103N/C;
(3)若剪断细丝线,小球在电场中做匀加速直线运动运动;带电小球的加速度a为14.1m/s2.
在行车过程中,如果车距不够,刹车不及时,汽车将发生碰撞,车里的人可能受到伤害,为了尽可能地减轻碰撞伤害,人们设计了安全带.假定乘客质量为70kg,汽车车速为108km/h(即30m/s),从踩下刹车到车完全停止需要的时间为5s,安全带对乘客的作用力大小约为______.
正确答案
420N
解析
解:汽车匀减速直线运动的加速度大小a=,
根据牛顿第二定律得,F=ma=70×6N=420N.
故答案为:420N
如图甲所示,质量为m=0.5kg,初速度v0=10m/s的物体,受到一个与初速度v0方向相反的外力F作用,沿粗糙的水平面滑动,物体与地面间的动摩擦因数为μ,经3s后撤去外力,直到物体停止.整个过程物体的v-t图象如图乙所示 (g=10m/s2). 则( )
正确答案
解析
解:
A、由图知,物体在7s时间内分两段做匀减速运动,前3S内以2m/s2做匀减速运动,后4s内以1m/s2做匀减速运动,但整个7s的时间内加速度有变化,故不能说物体在整个7s内做匀减速运动,故A错误
B、由图象知物体在前3S内的加速度为2m/s2,据牛顿第二定律得:F+μFN=F+μmg=ma1 (1)
后4s内物体的加速度为1m/s2,同理由牛顿第二定律得:μFN=μmg=ma2 (2)
由(1)和(2)可得F=0.5N,μ=0.1
故B正确
C、在v-t图象中,图形与时间轴所围面积的大小即为物体的位移,S=
由摩擦产生的热量为:Q=fs=μmgs=0.1×0.5×10×29J=14.5J
故C错误
D、在v-t图象中,图形与时间轴所围面积的大小即为物体的位移,S=
故D正确
故选BD
某同学背着书包坐竖直升降的电梯,当感觉到背的书包变“轻”时,电梯可能在( )
正确答案
解析
解:当电梯静止时N-mg=0
当电梯运动时书包变“轻”,说明N减小,对书包受力分析可知mg-N=ma
a=,加速度方向向下,故C正确
故选:C
一人用一根长1m,只能承受46N的绳子,拴着一个质量为1kg的小球,在竖直平面内作圆周运动,已知转轴O离地6m,如图所示,要使小球到达最低点时绳断,求小球到达最低点的最小速率及此条件下小球落地点到O点的水平距离.
正确答案
解:在最低点,小球做圆周运动的向心力是拉力和重力的合力,
T-mg=,
绳子要断开,拉力达到最大值46N,
v==6m/s.
因为在最低点的速度是水平的,所以断开后,小球做平抛运动,抛出点离地面的高度为5m,
由h=gt2
t==
=1s
x=v0t=6×1m=6m
答:小球到达最低点的最小速率为6m/s,此条件下小球落地点到O点的水平距离为6m.
解析
解:在最低点,小球做圆周运动的向心力是拉力和重力的合力,
T-mg=,
绳子要断开,拉力达到最大值46N,
v==6m/s.
因为在最低点的速度是水平的,所以断开后,小球做平抛运动,抛出点离地面的高度为5m,
由h=gt2
t==
=1s
x=v0t=6×1m=6m
答:小球到达最低点的最小速率为6m/s,此条件下小球落地点到O点的水平距离为6m.
以不同初速度将两个物体同时竖直向上抛出并开始计时,一个物体所受空气阻力可忽略,另一个物体所受空气阻力大小与物体速率成正比,下列用虚线和实线描述两物体运动的v-t图象可能正确的是( )
正确答案
解析
解:没有空气阻力时,物体只受重力,是竖直上抛运动,v-t图象是直线;
有空气阻力时,上升阶段,根据牛顿第二定律,有:mg+f=ma,故:a=,由于阻力随着速度减小而减小,故加速度逐渐减小,最小值为g;
有空气阻力时,下降阶段,根据牛顿第二定律,有:mg-f=ma,故:a=g-,由于阻力随着速度增大而增大,故加速度减小;
v-t图象的斜率表示加速度,故图线与t轴的交点对应时刻的加速度为g,切线与虚线平行;
故ABD错误,C正确;
故选:C.
如图是一种升降电梯的示意图,A为载人箱,B为平衡重物,它们的质量均为M,上下均由跨过滑轮的钢索系住,在电动机的牵引下电梯上下运动.如果电梯中载人的总质量为m,匀速上升的速度为v,电梯即将到顶层前关闭电动机,依靠惯性上升h高度后停止,在不计空气阻力和摩擦阻力的情况下,h为( )
正确答案
解析
解:设B对A拉力FT
对B:Mg-FT=Ma
对A:FT-(M+m)g=(M+m)a,a=
由V2=2ah得h=,D选项正确.
故选D.
在风洞实验室里,一根足够长的均匀直细杆与水平成θ=37°固定,质量为m=1kg的小球穿在细杆上静止于细杆底端O,如图甲所示.开启送风装置,有水平内右的恒定风力F作用于小球上,在t1=2s时刻风停止.小球沿细杆运动的部分v-t图象如图乙所示,取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,忽略浮力.求:
(1)小球在0~2s内的加速度a1和2~5s内的加速度a2;
(2)小球与细杆间的动摩擦因数μ和水平风力F的大小.
正确答案
解;(1)取沿杆向上为正方向,由图象可知:
在0~2 s内:(方向沿杆向上)
在2~5 s内:(“-”表示方向沿杆向下)
(2)有风力时的上升过程,
小球受力分析如图所示;
由牛顿第二定律得:
Fcosθ-μ(mgcosθ+Fsinθ)-mgsinθ=ma1…①
停风后的上升阶段,小球受力分析如图所示;
根据牛顿第二定律有:-μmgcosθ-mgsinθ=ma2…②
由②解得:μ=0.5
代入①得:F=50 N
答:(1)小球在0~2s内的加速度a1=15m/s2和2~5s内的加速度a2=-10m/s2;
(2)小球与细杆间的动摩擦因数μ=0.5和水平风力F的大小50N.
解析
解;(1)取沿杆向上为正方向,由图象可知:
在0~2 s内:(方向沿杆向上)
在2~5 s内:(“-”表示方向沿杆向下)
(2)有风力时的上升过程,
小球受力分析如图所示;
由牛顿第二定律得:
Fcosθ-μ(mgcosθ+Fsinθ)-mgsinθ=ma1…①
停风后的上升阶段,小球受力分析如图所示;
根据牛顿第二定律有:-μmgcosθ-mgsinθ=ma2…②
由②解得:μ=0.5
代入①得:F=50 N
答:(1)小球在0~2s内的加速度a1=15m/s2和2~5s内的加速度a2=-10m/s2;
(2)小球与细杆间的动摩擦因数μ=0.5和水平风力F的大小50N.
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