- 牛顿运动定律
- 共29769题
如图所示,一个质量为10kg的物体以v0=1m/s的初速度沿着水平地面向右运动时,物体受到一个水平向右、大小为12N的恒力F作用.物体与水平面间的动摩擦因数为0.1,求:
(1)物体运动的加速度大小和方向;
(2)5s末物体的速度大小;5s内物体通过的位移大小.
正确答案
解:(1)物体向右运动时受到向左的摩擦力,Ff=μFN=μG=0.1×100N=10N
∴.
方向:水平向右
(2)物体做匀加速运动,经5s速度vt=v0+at=1+0.2×5m/s=2m/s,
经5s位移=7.5m.
答:(1)物体的加速度大小为0.2m/s2,方向向右.
(2)5s末物体的速度为2m/s,5s内的位移为7.5m.
解析
解:(1)物体向右运动时受到向左的摩擦力,Ff=μFN=μG=0.1×100N=10N
∴.
方向:水平向右
(2)物体做匀加速运动,经5s速度vt=v0+at=1+0.2×5m/s=2m/s,
经5s位移=7.5m.
答:(1)物体的加速度大小为0.2m/s2,方向向右.
(2)5s末物体的速度为2m/s,5s内的位移为7.5m.
如图所示,将质量m=1.24kg的圆环套在固定的水平直杆上,环的直径略大于杆的截面直径,环与杆的动摩擦因数为μ=0.8.对环施加一位于竖直平面内斜向上与杆夹角θ=53°的恒定拉力F,使圆环从静止开始做匀加速直线运动,第1s内前进了2m.(取g=10m/s2,sin 53°=0.8,cos 53°=0.6)求:
(1)圆环加速度a的大小;
(2)拉力F的大小.
正确答案
解:(1)小环做匀加速直线运动,由运动学公式可知:
解得:a==4m/s2
(2)当环不受弹力时,有:Fsin53°=mg,
解得:F=15.5N,
当F<15.5N时,环与杆上部接触,受杆向上的支持力N.由牛顿第二定律可知:
Fcosθ-μN=ma
N+Fsinθ=mg
解得:F=12N
当F>15.5N时,环与杆下部接触,受杆向下的压力N′,由牛顿第二定律可知:
Fcosθ-μN′=ma
N′+mg=Fsinθ
解得:F=124N
答:(1)圆环加速度a的大小4m/s2;
(2)拉力F的大小12N或124N
解析
解:(1)小环做匀加速直线运动,由运动学公式可知:
解得:a==4m/s2
(2)当环不受弹力时,有:Fsin53°=mg,
解得:F=15.5N,
当F<15.5N时,环与杆上部接触,受杆向上的支持力N.由牛顿第二定律可知:
Fcosθ-μN=ma
N+Fsinθ=mg
解得:F=12N
当F>15.5N时,环与杆下部接触,受杆向下的压力N′,由牛顿第二定律可知:
Fcosθ-μN′=ma
N′+mg=Fsinθ
解得:F=124N
答:(1)圆环加速度a的大小4m/s2;
(2)拉力F的大小12N或124N
如图所示,弹簧S1的上端固定在天花板上,下端连一小球A,球A与球B之间用轻绳相连,球B与球C之间用弹簧S2相连.A、B、C的质量分别为mA、mB、mC,弹簧的质量均不计.已知重力加速度为g.开始时系统处于静止状态.现将A、B间的绳突然剪断,线刚剪断时A的加速度大小为______,C的加速度大小为______.
正确答案
0
解析
解:细线剪断前,BC球整体受重力和细线拉力T,故:T=(mB+mC)g;
细线剪断前,A球受到重力、细线的拉力和上方弹簧的弹力,根据平衡条件,有:T+mAg-F1=0;
解得:F1=(mA+mB+mc)g
细线剪断后,小球C受力情况不变,故加速度为零;
细线剪断后,小球A受重力和上面的弹簧的拉力,根据牛顿第二定律,有:F1-mAg=mAa
解得:a=
故答案为:,0.
如图所示,足够长的斜面倾角θ=37°,一物体以v0=24m/s的初速度从斜面上A点处沿斜面向上运动;加速度大小为a=8m/s2,g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,则物体沿斜面上滑的最大距离x=______,物体与斜面间的动摩擦因数μ=______.
正确答案
解:(1)由运动学公式得:
=
=36m
(2)由牛顿第二定律得有:
沿斜面方向上:mgsinθ+f=ma…(1)
垂直斜面方向上:mgcosθ-N=0…(2)
又:f=μN…(3)
由(1)(2)(3)得:μ=0.25
故答案为:36m.0.25.
解析
解:(1)由运动学公式得:
=
=36m
(2)由牛顿第二定律得有:
沿斜面方向上:mgsinθ+f=ma…(1)
垂直斜面方向上:mgcosθ-N=0…(2)
又:f=μN…(3)
由(1)(2)(3)得:μ=0.25
故答案为:36m.0.25.
如图所示,静止在水平面上的三角架的质量为M,它中间用两根质量不计的轻弹簧连着一质量为m的小球.当小球上下振动,三角架对水平面的压力为零的时刻,小球的加速度的大小为______,方向______.
正确答案
竖直向下
解析
解:以M为研究对象,M受重力和地面的支持力以及弹簧对M向上的作用力F:
根据平衡方程,得:N+F=Mg,当方形框架对水平面的压力为零的时刻,即N=0时,F=Mg
以m为研究对象,有
根据牛顿第二定律:ma=mg+F=mg+Mg
故:小球加速度a=,方向竖直向下
故答案为:;竖直向下.
质量为2kg的物体,在水平拉力F=5N的作用下,由静止开始在水平面上运动,物体与水平面间的动摩擦因素为0.1,求:
(1)该物体在水平面上运动的加速度大小.
(2)2s末时,物体的速度大小.
正确答案
解:(1)物体在水平方向受拉力F和摩擦F的作用,由牛顿第二定律得:
F合=F-Ff=F-μmg=ma
∴a==1.5m/s2
(2)由运动学公式v=at,得到:
∴v=1.5×2=3m/s
答:(1)该物体在水平面上运动的加速度大小为1.5m/s2.
(2)2s末时,物体的速度大小为3m/s.
解析
解:(1)物体在水平方向受拉力F和摩擦F的作用,由牛顿第二定律得:
F合=F-Ff=F-μmg=ma
∴a==1.5m/s2
(2)由运动学公式v=at,得到:
∴v=1.5×2=3m/s
答:(1)该物体在水平面上运动的加速度大小为1.5m/s2.
(2)2s末时,物体的速度大小为3m/s.
如图所示,质量为1kg的小球穿在固定的直杆上,杆与水平方向成30°,球与杆间的动摩擦因数
,当小球受到竖直向上的拉力F=20N时,小球沿杆上滑的加速度是多少?(g=10m/s2)
正确答案
解:小球在杆上受到四个力的作用,如图所示,重力mg、拉力F、杆的弹力FN和滑动摩擦力F摩,在垂直于杆的方向合外力为零,在平行于杆的方向,合外力提供小球作加速运动所需要的力,
有(F-mg)sinθ-F摩=ma
(F-mg)cosθ=FN
F摩=μFN
由以上三式可得
代入数据后得 a=2.5m/s2
答:小球沿杆上滑的加速度为2.5m/s2.
解析
解:小球在杆上受到四个力的作用,如图所示,重力mg、拉力F、杆的弹力FN和滑动摩擦力F摩,在垂直于杆的方向合外力为零,在平行于杆的方向,合外力提供小球作加速运动所需要的力,
有(F-mg)sinθ-F摩=ma
(F-mg)cosθ=FN
F摩=μFN
由以上三式可得
代入数据后得 a=2.5m/s2
答:小球沿杆上滑的加速度为2.5m/s2.
一个滑板运动员,滑板和人总质量为50kg,以12m/s的速度从一斜坡底端滑上斜坡,当速度减为零时,又从斜坡上下滑至底端,已知斜坡的倾角为300,运动员上滑时用时为2s,设滑板受的阻力大小恒定不变,(g=10m/s2)求:
(1)滑板受到的阻力大小;
(2)运动员匀加速下滑至底端时所需的时间.
正确答案
解:(1)匀减速上滑,受力分析如图,选取沿斜面向上为正方向
由v=v0+a1t1
得a1=
由牛顿第二定律可得:-(mgsinθ+Ff)=ma1
解得:Ff=50N
答:滑板受到的阻力大小为50N.
(2)匀加速下滑,受力分析如图,选取沿斜面向下为正方向
由牛顿第二定律可得:mgsinθ-Ff=ma2
代入数据可得:a2=4m/s2
运动员上滑的位移为: 可得:x=12m
下滑的位移与上滑时的位移相同,设下滑的时间为t2
由
可得
答:运动员匀加速下滑至底端时所需的时间为.
解析
解:(1)匀减速上滑,受力分析如图,选取沿斜面向上为正方向
由v=v0+a1t1
得a1=
由牛顿第二定律可得:-(mgsinθ+Ff)=ma1
解得:Ff=50N
答:滑板受到的阻力大小为50N.
(2)匀加速下滑,受力分析如图,选取沿斜面向下为正方向
由牛顿第二定律可得:mgsinθ-Ff=ma2
代入数据可得:a2=4m/s2
运动员上滑的位移为: 可得:x=12m
下滑的位移与上滑时的位移相同,设下滑的时间为t2
由
可得
答:运动员匀加速下滑至底端时所需的时间为.
一质量m=2.0kg的小物块以一定的初速度冲上一倾角为37°足够长的斜面,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,并用计算机作出了小物块上滑过程的v-t图线,如图所示.(取sin37°=0.6 cos37°=0.8 g=10m/s2)
求:
(1)小物块冲上斜面过程中加速度的大小.
(2)小物块与斜面间的动摩擦因数.
正确答案
解;(1)由小物块上滑过程的v-t图线,得到物块的加速度为
m/s2
小物块冲上斜面过程中加速度的大小为8.0m/s2.
(2)根据牛顿第二定律得
-mgsin37°-μmgcos37°=ma
代入数据解得μ=0.25
答:
(1)小物块冲上斜面过程中加速度的大小为8.0m/s2.
(2)小物块与斜面间的动摩擦因数为0.25.
解析
解;(1)由小物块上滑过程的v-t图线,得到物块的加速度为
m/s2
小物块冲上斜面过程中加速度的大小为8.0m/s2.
(2)根据牛顿第二定律得
-mgsin37°-μmgcos37°=ma
代入数据解得μ=0.25
答:
(1)小物块冲上斜面过程中加速度的大小为8.0m/s2.
(2)小物块与斜面间的动摩擦因数为0.25.
如图所示,木块质量m=1.04kg,在与水平方向成θ=37°角、斜向右上方的恒定拉力F作用下,以a=2.0m/s2的加速度从静止开始做匀加速直线运动,在3s末时撤去拉力F.已知木块与地面间的动摩擦因数μ=0.4,取重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:
(1)拉力F的大小
(2)物体在5s内滑行的总位移.
正确答案
解:(1)对物体受力分析,可知
水平方向 Fcosθ-f=ma
竖直方向 Fsinθ+FN=mg
摩擦力公式 f=μFN
由以上三个方程可以解得,
a=2m/s2
F=6N;
(2)在3s末物体的速度为
V=at=2×3m/s=6m/s,
前3s的位移为
X1=at2=9m,
在3s末撤去了拉力F,之后物体将在摩擦力的作用下减速运动,
设此时的加速度为a′,摩擦力为f′,
则 f′=μmg=ma′,
所以a′=μg=4m/s2,
撤去了拉力F之后,减速到0需要的时间为t
则由V=0-a′t 可得
t=1.5s
即物体只运动了1.5s就停止了,所以减速运动的位移
X2=Vt-at2=4.5m
所以总位移x=X1+X2=9m+4.5m=13.5m,
答:(1)拉力F的大小为6N
(2)物体在5s内滑行的总位移是13.5m.
解析
解:(1)对物体受力分析,可知
水平方向 Fcosθ-f=ma
竖直方向 Fsinθ+FN=mg
摩擦力公式 f=μFN
由以上三个方程可以解得,
a=2m/s2
F=6N;
(2)在3s末物体的速度为
V=at=2×3m/s=6m/s,
前3s的位移为
X1=at2=9m,
在3s末撤去了拉力F,之后物体将在摩擦力的作用下减速运动,
设此时的加速度为a′,摩擦力为f′,
则 f′=μmg=ma′,
所以a′=μg=4m/s2,
撤去了拉力F之后,减速到0需要的时间为t
则由V=0-a′t 可得
t=1.5s
即物体只运动了1.5s就停止了,所以减速运动的位移
X2=Vt-at2=4.5m
所以总位移x=X1+X2=9m+4.5m=13.5m,
答:(1)拉力F的大小为6N
(2)物体在5s内滑行的总位移是13.5m.
如图所示,用轻绳系住质量为m的小球,使小球在竖直平面内绕点O做圆周运动.小球做圆周运动的半径为L.小球在最高点A的速度大小为v.求:
(1)小球在最高点A时,绳子上的拉力大小;
(2)小球在最低点B时,绳子上的拉力大小.
正确答案
解:(1)小球在A点受力如图1所示.重力与绳子拉力F1的合力提供小球向心力,根据牛顿第二定律有
mg+F1=
所以,拉力F1=-mg
(2)小球从A点到B点运动过程,根据机械能守恒,有
+2mgL,
所以,vB=
小球在B点受力如图2所示,重力与绳子拉力F2的合力提供小球向心力,则有
F2-mg=
所以,F2=+5mg.
答:
(1)小球在最高点A时,绳子上的拉力大小是-mg;
(2)小球在最低点B时,绳子上的拉力大小是+5mg.
解析
解:(1)小球在A点受力如图1所示.重力与绳子拉力F1的合力提供小球向心力,根据牛顿第二定律有
mg+F1=
所以,拉力F1=-mg
(2)小球从A点到B点运动过程,根据机械能守恒,有
+2mgL,
所以,vB=
小球在B点受力如图2所示,重力与绳子拉力F2的合力提供小球向心力,则有
F2-mg=
所以,F2=+5mg.
答:
(1)小球在最高点A时,绳子上的拉力大小是-mg;
(2)小球在最低点B时,绳子上的拉力大小是+5mg.
如图所示,物块P(可视为质点)和木板Q的质量均为m=1kg,P与Q之间、Q与水平地面之间的动摩擦因数分别为μ1=0.5和μ2=0.2,开始时P静止在Q的左端,Q静止在水平地面上.某时刻对P施加一大小为10N,方向与水平方向成θ=37°斜向上的拉力F,1s末撤去F,最终P恰好停在Q的右端,最大静摩擦力等于滑动摩擦力.(sinθ=0.6,cosθ=0.8,g取10m/s2)求:
(1)通过计算说明撤去力F前木板Q是否运动;
(2)1s末物块P的速度和ls内物块P的位移;
(3)木板Q的长度.
正确答案
解:(1)前0.5s内,对P:由牛顿第二定律得:Fcosθ-fP1=maP1,
fP1=μ1(mg-Fsinθ)=0.5×(10-10×sin37°)N=2N,
aP1==
=6m/s2;
木板Q与地面间的最大静摩擦力:fm=μ2(2mg-Fsinθ)=0.2×(20-10×sin37°)N=2.8N,
由于fP1<fm,Q没有发生运动;
(2)1s末物块P的速度 vP1=aP1t1=6×1m/s=6m/s;
ls内物块P的位移 xP1==
m=3m.
(3)撤去F后,由牛顿第二定律得:
对P,μ1mg=maP2,aP2=μ1g=0.5×10=5m/s2;
对Q,μ1mg-μ2•2mg=maQ,aQ=g(μ1-2μ2)=10×(0.5-2×0.2)=1m/s2;
当P到达Q右端时,二者速度相同,之后共同减速至静止,不再相对滑动,
v=vP1-aP2t2,v=aQt2,
解得 t2==
s=1s,v=aQt2=1×1=1m/s
P的位移:xP2=vP1t2-aP2t22=6×1-
=3.5m
Q的位移:xQ==
m=0.5m
由几何关系可知,木板Q的长度:L=xP1+xP2-xQ=3+3.5-0.5=6m;
答:
(1)撤去力F前木板Qi没有运动.
(2)1s末物块A的速度为6m/s,ls内物块P的位移是3m.
(3)木板Q的长度6m.
解析
解:(1)前0.5s内,对P:由牛顿第二定律得:Fcosθ-fP1=maP1,
fP1=μ1(mg-Fsinθ)=0.5×(10-10×sin37°)N=2N,
aP1==
=6m/s2;
木板Q与地面间的最大静摩擦力:fm=μ2(2mg-Fsinθ)=0.2×(20-10×sin37°)N=2.8N,
由于fP1<fm,Q没有发生运动;
(2)1s末物块P的速度 vP1=aP1t1=6×1m/s=6m/s;
ls内物块P的位移 xP1==
m=3m.
(3)撤去F后,由牛顿第二定律得:
对P,μ1mg=maP2,aP2=μ1g=0.5×10=5m/s2;
对Q,μ1mg-μ2•2mg=maQ,aQ=g(μ1-2μ2)=10×(0.5-2×0.2)=1m/s2;
当P到达Q右端时,二者速度相同,之后共同减速至静止,不再相对滑动,
v=vP1-aP2t2,v=aQt2,
解得 t2==
s=1s,v=aQt2=1×1=1m/s
P的位移:xP2=vP1t2-aP2t22=6×1-
=3.5m
Q的位移:xQ==
m=0.5m
由几何关系可知,木板Q的长度:L=xP1+xP2-xQ=3+3.5-0.5=6m;
答:
(1)撤去力F前木板Qi没有运动.
(2)1s末物块A的速度为6m/s,ls内物块P的位移是3m.
(3)木板Q的长度6m.
如图所示,一水平的浅色长传送带上放置一质量为m的煤块(可视为质点),煤块与传送带之间的动摩擦因数为μ.初始时,传送带与煤块都是静止的.现让传送带以恒定的加速度a开始运动,当其速度达到v后,便以此速度作匀速运动.经过一段时间,煤块在传送带上留下了一段黑色痕迹后,煤块相对于传送带不再滑动,关于上述过程,以下判断正确的是(重力加速度为g)( )
正确答案
解析
解:A、要发生相对滑动,传送带的加速度需大于煤块的加速度.即a>μg,则μ<.故A正确.
B、根据牛顿第二定律得,煤块的加速度a=μg,则煤块从开始运动到相对于传送带静止所需的时间t=.此时煤块的位移
,此时传送带的位移
,煤块相对于传送带的位移等于黑色痕迹的长度,则
.故C正确,B、D错误.
故选:AC.
一质量为0.5kg的小车放在水平桌面上,用1.5N的水平拉力可以使它沿桌面匀速运动,若在小车运动过程中,在该小车上放两只质量为50g的钩码,g=10m/s2.求:
(1)小车和桌面间的动摩擦因数;
(2)在小车停止运动之前,小车受到桌面施加的摩擦力.
正确答案
解:(1)用1.5N的水平拉力可以使它沿桌面匀速运动,根据平衡条件得:
F=f=μmg,
解得:=
,
(2)加上钩码后的滑动摩擦力f′=μ(mg+2m′g)=0.3×(0.5×10+2×50×10-3×10)=1.8N.
答:(1)小车和桌面间的动摩擦因数为0.3;
(2)在小车停止运动之前,小车受到桌面施加的摩擦力为1.8N.
解析
解:(1)用1.5N的水平拉力可以使它沿桌面匀速运动,根据平衡条件得:
F=f=μmg,
解得:=
,
(2)加上钩码后的滑动摩擦力f′=μ(mg+2m′g)=0.3×(0.5×10+2×50×10-3×10)=1.8N.
答:(1)小车和桌面间的动摩擦因数为0.3;
(2)在小车停止运动之前,小车受到桌面施加的摩擦力为1.8N.
湖南方言中的“逗霸”来源于“斗把”,其本意是给锤子、铁锹等安装木制手柄的过程,下面将这一过程简化为如下的物理模型,如图所示,一高度可以忽略的圆环形铁锤套在粗细均匀的圆柱形木柄上,铁锤到手柄下端长l=50.0cm.为了使铁锤安装到手柄下端,先用手抓住手柄上端,使手柄与铁锤由静止开始一起竖直向下做匀加速直线运动,t=0.40s时,手柄下端碰到地面立即停止运动,此时手柄下降高度H=1.2m,铁锤恰能安装到手柄的下端.设铁锤相对手柄滑动时受到的摩擦力恒定,不计空气阻力,重力加速度g=10m/s2.求:
(1)铁锤与手柄一起加速运动时的加速度大小;
(2)铁锤受到的滑动摩擦力与其重力的比值.
正确答案
解:(1)由题意可知,两物体一起下落1.2m用时0.4s;
则由运动学公式可知:a==
=15m/s2;
(2)手柄静止后,铁锺向下减速,初速度v=at=15×0.4=6m/s;
下落位移l=0.5m静止,由运动学公式可知加速度a′==
=36m/s2;
由牛顿第二定律可得:
F-mg=ma
解得:F=m(g+a)=46m=4.6mg;
故=4.6;
答:(1)铁锤与手柄一起加速运动时的加速度大小为15m/s2;
(2)铁锤受到的滑动摩擦力与其重力的比值为4.6..
解析
解:(1)由题意可知,两物体一起下落1.2m用时0.4s;
则由运动学公式可知:a==
=15m/s2;
(2)手柄静止后,铁锺向下减速,初速度v=at=15×0.4=6m/s;
下落位移l=0.5m静止,由运动学公式可知加速度a′==
=36m/s2;
由牛顿第二定律可得:
F-mg=ma
解得:F=m(g+a)=46m=4.6mg;
故=4.6;
答:(1)铁锤与手柄一起加速运动时的加速度大小为15m/s2;
(2)铁锤受到的滑动摩擦力与其重力的比值为4.6..
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