- 牛顿运动定律
- 共29769题
如图甲所示,质量为m=1kg的物体置于倾角为θ=37°固定斜面上(斜面足够长),对物体施加平行于斜面向上的恒力F,作用时间t1=1s时撤去拉力,物体运动的部分v-t图象如图乙所示,设物体受到的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取g=10m/s2.(sin37°=0.6,cos37°=0.8)试求:
(1)物体与斜面间的动摩擦因数;
(2)拉力F的大小;
(3)t=4s时物体的速度.
正确答案
解:(1)根据速度时间图线知,匀加速直线运动的加速度:a1=20m/s2
根据牛顿第二定律得:F-μmgcosθ-mgsinθ=ma1
匀减速直线运动的加速度:
根据牛顿第二定律得:mgsinθ+μmgcosθ=ma2
解得:F=30N,μ=0.5
(2)由(1)知,F=30N
(3)在物块由A到C过程中,设撤去力后物体运动到最高点时间为t2
v1=a2t2,
解得t2=2s
则物体沿斜面下滑的时间为t3=t-t1-t2=1s
设下滑加速度为a3,由牛顿第二定律得
mgsinθ-μmgcosθ=ma3
解得:a3=2m/s2
所以t=4s时物体的速度:v=a3t3=2×1=2m/s,沿斜面向下
答:(1)物体与斜面间的动摩擦因数
(2)拉力F的大小是30N;
(3)物体4s末速度为2m/s.
解析
解:(1)根据速度时间图线知,匀加速直线运动的加速度:a1=20m/s2
根据牛顿第二定律得:F-μmgcosθ-mgsinθ=ma1
匀减速直线运动的加速度:
根据牛顿第二定律得:mgsinθ+μmgcosθ=ma2
解得:F=30N,μ=0.5
(2)由(1)知,F=30N
(3)在物块由A到C过程中,设撤去力后物体运动到最高点时间为t2
v1=a2t2,
解得t2=2s
则物体沿斜面下滑的时间为t3=t-t1-t2=1s
设下滑加速度为a3,由牛顿第二定律得
mgsinθ-μmgcosθ=ma3
解得:a3=2m/s2
所以t=4s时物体的速度:v=a3t3=2×1=2m/s,沿斜面向下
答:(1)物体与斜面间的动摩擦因数
(2)拉力F的大小是30N;
(3)物体4s末速度为2m/s.
如图所示,固定在水平地面上的桌子,高度h=0.8m,桌面上放着一块木板,木板的质量M=1.0kg,长度L=1.5m,厚度可以忽略不计,木板左右两端与桌面的两端对齐.质量m=1.0kg的小物块放在距木板左端d=0.5m处(小物块可视为质点).物块与木板间的动摩擦因数μ1=0.40.物块与桌面间的动摩擦因数μ2=0.30,木板与桌面间的摩擦忽略不计.现对木板施加一个F=12N水平向右的恒力,木板与物块发生相对滑动,经过一段时间物块离开木板,在桌面上运动一段距离后,从桌面的右端滑出,最后落在地面上.取g=10m/s2.求:
(1)物块在木板上运动的时间;
(2)物块落地点与桌面右端的水平距离.
正确答案
解:如图分别对M和m进行受力分析和运动分析有:
(1)小物块在木板上滑动时,根据牛顿第二定律
f1=μ1mg=ma1
a1=μ1g=4.0m/s2,方向向右
木板在水平方向上的受力情况如答图1所示,根据牛顿第二定律
F-μ1mg=Ma2
a2==8.0m/s2
设经过时间t1,物块与木板分离,
物块的位移
木板的位移
由答图2可知x2-x1=d
解得t1=0.5s
(2)物块与木板分离时,物块的速度
υ1=a1t1=2.0 m/s
物块在桌面上做匀减速直线运动,设物块运动到
桌面右端时的速度为υ2,根据牛顿第二定律
f2=μ2mg=ma3
a3=μ2g=3.0 m/s2,方向向左
x1=0.5m
解得υ2=1 m/s
物块做平抛运动,设经过时间t2落地
⇒
物块落地点与桌面右端的水平距离
x=v2t2=1×0.4m=0.4m
答:(1)物块在木板上运动的时间为0.5s;
(2)物块落地点与桌面右端的水平距离为0.4m.
解析
解:如图分别对M和m进行受力分析和运动分析有:
(1)小物块在木板上滑动时,根据牛顿第二定律
f1=μ1mg=ma1
a1=μ1g=4.0m/s2,方向向右
木板在水平方向上的受力情况如答图1所示,根据牛顿第二定律
F-μ1mg=Ma2
a2==8.0m/s2
设经过时间t1,物块与木板分离,
物块的位移
木板的位移
由答图2可知x2-x1=d
解得t1=0.5s
(2)物块与木板分离时,物块的速度
υ1=a1t1=2.0 m/s
物块在桌面上做匀减速直线运动,设物块运动到
桌面右端时的速度为υ2,根据牛顿第二定律
f2=μ2mg=ma3
a3=μ2g=3.0 m/s2,方向向左
x1=0.5m
解得υ2=1 m/s
物块做平抛运动,设经过时间t2落地
⇒
物块落地点与桌面右端的水平距离
x=v2t2=1×0.4m=0.4m
答:(1)物块在木板上运动的时间为0.5s;
(2)物块落地点与桌面右端的水平距离为0.4m.
地面上放一木箱,质量为40kg,用100N的力与水平成37°角向下推木箱,如图所示,恰好能使木箱匀速前进.若用此力与水平成37°角向斜上方拉木箱,木箱的加速度多大?(取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
正确答案
解:当木箱匀速运动时,有:Fcos37°=f
N=mg+Fsin37°
f=μN
代入数据,联立解得μ=0.17;
当拉力斜向上时,根据牛顿第二定律得,a==
.
答:木箱的加速度为0.55m/s2.
解析
解:当木箱匀速运动时,有:Fcos37°=f
N=mg+Fsin37°
f=μN
代入数据,联立解得μ=0.17;
当拉力斜向上时,根据牛顿第二定律得,a==
.
答:木箱的加速度为0.55m/s2.
(2015秋•德州期末)如图所示,两个质量分别为m1=1kg,m2=2kg的物体置于光滑水平面上,中间用轻质弹簧秤连接,两个大小分别为F1=4N、F2=10N的水平拉力分别作用在m1、m2上,则( )
正确答案
解析
解:AB、对系统研究,根据牛顿第二定律得,整体加速度a==
=2m/s2;隔离对m2研究,有F2-F=m2a,则F=6N.所以弹簧秤的示数为6N.故AB错误;
C、在突然撤去F1的瞬间,弹簧的弹力不变,则m2的受力不变;故瞬时加速度不变;故C正确;
D、在突然撤去F1的瞬间,弹簧的弹力不变,则m1的瞬时加速度a==
=6m/s2;故D正确;
故选:CD.
将一质量为m的小球靠近墙面竖直向上抛出,图甲是向上运动的频闪照片,图乙是下降时的频闪照片,O是运动的最高点,甲、乙两次的闪光频率相同.重力加速度为g,假设小球所受阻力大小不变,则可估算小球受到的阻力大小约为( )
正确答案
解析
解:设每块砖的厚度是d,向上运动上运动时:9d-3d=aT2①
向下运动时:3d-d=a′T2②
联立①②得:=
③
根据牛顿第二定律,向上运动时:mg+f=ma④
向下运动时:mg-f=ma′⑤
联立③④⑤得:f=mg;
故选:B.
如图所示,水平板上有质量m=1.0kg的物块,受到随时间t变化的水平拉力F作用,用力传感器测出相应时刻物块所受摩擦力Ff的大小.已知9s末的速度为9.5m/s,取重力加速度g=10m/s2.则4s末物块的加速度的大小为______,4s~9s内合外力对物块做功为______.
正确答案
0
45.125J
解析
解:由图线可知,物体在4s末开始运动,4s末拉力为4N,摩擦力达到最大值,大小为4N,根据牛顿第二定律知,4s末物块的加速度为零.
4s末速度为零,9s末速度为9.5m/s,根据动能定理得,4s~9s内合外力对物块做功=45.125J.
故答案为:0,45.125J.
(2015秋•沈阳校级月考)如图所示,粗糙地面上放一个倾角为α的斜面,斜面质量为M,斜面上表面光滑,现将一质量为m的物体放于斜面上表面,给物体施加一个平行于斜面向下的拉力F,在物体m沿斜面下滑的过程中,
(1)斜面对物体的支持力大小和物体沿斜面下滑的加速度?
(2)若斜面不后退,斜面与地面间的摩擦因数至少是多大?(最大静摩檫力与滑动摩擦力近似相等)
正确答案
解:(1)对物体m受力分析如右图所示,则
N1=mgcosɑ
F+mgsinɑ=ma
解得:N1=mgcosɑ
答:斜面对物体的支持力大小为mgcosɑ,物体沿斜面下滑的加速度为.
(2)根据牛顿第三定律
对斜面M受力分析如右图所示
+Mg
当斜面恰好不后退时有:f=μN2
得:
答:若斜面不后退,斜面与地面间的摩擦因数至少为.
解析
解:(1)对物体m受力分析如右图所示,则
N1=mgcosɑ
F+mgsinɑ=ma
解得:N1=mgcosɑ
答:斜面对物体的支持力大小为mgcosɑ,物体沿斜面下滑的加速度为.
(2)根据牛顿第三定律
对斜面M受力分析如右图所示
+Mg
当斜面恰好不后退时有:f=μN2
得:
答:若斜面不后退,斜面与地面间的摩擦因数至少为.
2012年11月,“歼15”舰载机在“辽宁号”航空母舰上着舰成功.图(a)为利用阻拦系统让舰载机在飞行甲板上快速停止的原理示意图.飞机着舰并成功钩住阻拦索后,飞机的动力系统立即关闭,阻拦系统通过阻拦索对飞机施加一作用力,使飞机在甲板上短距离滑行后停止.某次降落,以飞机着舰为计时零点,飞机在t=0.4s时恰好钩住阻拦索中间位置.其着舰到停止的速度一时间图线如图(b)所示.假如无阻拦索,飞机从着舰到停止需要的滑行距离约为1000m.已知航母始终静止.重力加速度的大小为g,则( )
正确答案
解析
解:A、B、在0.4s~2.5s时间内,速度与时间的图象的斜率不变,则加速度也不变,所以合力也不变,因此阻拦索的张力的合力几乎不随时间变化,但由于阻拦索的夹角减小,故阻拦索的张力是减小的,故A错误,B正确;
C、在2.5s~3.0s时间内,由于加速度逐渐减小,故合力逐渐减小,故C错误;
D、由图象可知,从着舰到停止,飞机在甲板上滑行的距离即为图象与时间所构成的面积,即约为:
m=105m,而无阻拦索的位移为1000m,因此飞机在甲板上滑行的距离约为无阻拦索时的
,故D正确;
故选:BD.
如图甲所示,一质量为2.0kg的物体静止在水平面上,物体与水平面间的动摩擦因数为0.20.从t=0时刻起,物体受到水平方向的力F的作用而开始运动,8s内F随时间t变化的规律如图乙所示.求:(g取10m/s2)
(1)物体在4s末的速度大小v1.
(2)在图丙的坐标系中画出物体在8s内的v-t图象.(要求计算出相应数值)
正确答案
解:(1)由乙图,0-4s物体受由静止开始向右做匀加速直线运动,设加速度为a1,4s末速度为v1,由牛顿第二定律
F1-µmg=ma1 ①
又 v1=at1 ②
代入数据 v1=12m/s
(2)由乙图,4-5s内物体受到水平力F大小不变方向变,设加速度为a2,5s末的速度v2,
加速度大小=7m/s2,
则5s末的速度v2=v1-a2t2=12-7m/s=5m/s,
5-8s内物体只受摩擦力f的作用,设加速度为a3,经t3s 速度减为零,8s末速度为v3
加速度大小,
解得物体速度减为零的时间 t3=,
故t=7.5s时物体停止运动,v3=0
v-t 图象如图
答:(1)物体在4s末的速度大小为12m/s.
(2)速度时间图线如图所示.
解析
解:(1)由乙图,0-4s物体受由静止开始向右做匀加速直线运动,设加速度为a1,4s末速度为v1,由牛顿第二定律
F1-µmg=ma1 ①
又 v1=at1 ②
代入数据 v1=12m/s
(2)由乙图,4-5s内物体受到水平力F大小不变方向变,设加速度为a2,5s末的速度v2,
加速度大小=7m/s2,
则5s末的速度v2=v1-a2t2=12-7m/s=5m/s,
5-8s内物体只受摩擦力f的作用,设加速度为a3,经t3s 速度减为零,8s末速度为v3
加速度大小,
解得物体速度减为零的时间 t3=,
故t=7.5s时物体停止运动,v3=0
v-t 图象如图
答:(1)物体在4s末的速度大小为12m/s.
(2)速度时间图线如图所示.
如图所示,在升降机中,用水平方向的力将质量为0.2kg的物体压在竖直的墙壁上,物块与墙壁间的动摩擦因数μ=0.4.
(1)当升降机以2m/s 2的加速度匀加速上升时,至少要以多大的力才能保持物块相对升降机静止?
(2)当升降机以5m/s 2的加速度朝下加速运动时,又要以多大的力′才能保持物块相对升降机静止?(取=10m/s 2 )
正确答案
解:(1)当升降机以2m/s 2的加速度匀加速上升时,加速度向上;
受重力G、推力F、支持力N、向上的静摩擦力f,根据牛顿第二定律,有:
水平方向:F-N=0
竖直方向:f-mg=ma
考虑恰好不滑动的临界情况,摩擦力为最大静摩擦力,故:f=μN
联立解得:F==
(2)当升降机以5m/s 2的加速度朝下加速运动时,加速度向下;
受重力G、推力F、支持力N、向上的静摩擦力f,根据牛顿第二定律,有:
水平方向:F-N=0
竖直方向:mg-f=ma
考虑恰好不滑动的临界情况,摩擦力为最大静摩擦力,故:f=μN
联立解得:F==
答:(1)当升降机以2m/s 2的加速度匀加速上升时,至少要以6N的力才能保持物块相对升降机静止;
(2)当升降机以5m/s 2的加速度朝下加速运动时,又要以2.5N的力才能保持物块相对升降机静止.
解析
解:(1)当升降机以2m/s 2的加速度匀加速上升时,加速度向上;
受重力G、推力F、支持力N、向上的静摩擦力f,根据牛顿第二定律,有:
水平方向:F-N=0
竖直方向:f-mg=ma
考虑恰好不滑动的临界情况,摩擦力为最大静摩擦力,故:f=μN
联立解得:F==
(2)当升降机以5m/s 2的加速度朝下加速运动时,加速度向下;
受重力G、推力F、支持力N、向上的静摩擦力f,根据牛顿第二定律,有:
水平方向:F-N=0
竖直方向:mg-f=ma
考虑恰好不滑动的临界情况,摩擦力为最大静摩擦力,故:f=μN
联立解得:F==
答:(1)当升降机以2m/s 2的加速度匀加速上升时,至少要以6N的力才能保持物块相对升降机静止;
(2)当升降机以5m/s 2的加速度朝下加速运动时,又要以2.5N的力才能保持物块相对升降机静止.
一个质量为的物4kg体受到几个共点力的作用而处于平衡状态.若将物体受到的一个向东方向、大小为8N的力改为向西,其它力均不变.物体的加速度大小为______m/s2,方向为______.
正确答案
4
向西
解析
解:物体受到几个共点力的作用处于平衡状态时,物体的合力为零,向东方向、大小为8N的力与其余所有力的合力大小相等、方向相反,则其余力的合力方向向西,大小为8N.将物体受到的一个向东方向、大小为8N的力改为向西,其它力均不变时,则物体的合力大小为16N,方向向西.
根据牛顿第二定律得
加速度大小a==4m/s2,方向向西.
故本题答案是:4;向西.
如图甲所示,物体以一定初速度从倾角α=37°的斜面底端沿斜面向上运动,上升的最大高度为3.0m.选择地面为参考平面,上升过程中,物体的机械能Em机随高度h的变化如图乙所示.(g=10m/s2,sin37°=0.60,cos37°=0.80).下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、物体在最高点时的机械能等于重力势能,即mgh=30J,解得m=1kg.故A错误.
B、物体上升到最高点的过程中,机械能减小20J,即克服摩擦力做功等于20J,有:fs=20,s=,则摩擦力f=4N,因为mgsin37°>f,知物体不能静止在斜面的顶端.故B错误.
C、根据牛顿第二定律得,上升过程中的加速度大小a=.故C正确.
D、上升过程克服摩擦力做功为20J,则整个过程克服摩擦力做功为40J,根据动能定理得,,解得回到斜面底端的动能Ek=10J.故D正确.
故选:CD.
质量为M的光滑斜面体置于光滑水平面上,其上有质量为m的物体,用水平力F1、F2分别作用在m和M上,如图1、图2所示.为使m和M间不发生滑动,则F1:F2等于( )
正确答案
解析
解:左图中先对m受力分析,如图
设斜面倾角为θ,由几何关系得:
F′=mgtanθ…①
由牛顿第二定律,得:
F1-F′=ma′…②
再对整体运用牛顿第二定律有:
F1=(M+m)a′…③
由①②③解得:
F1=
右图中,先对m受力分析,受重力和支持力,结合运动情况,求出合力,如图
设斜面倾角为θ,由几何关系,得:
F合=mgtanθ
根据牛顿第二定律有:
a==gtanθ
再对整体研究,得:
F2=(M+m)a=(M+m)gtanθ
因而F1:F2=m:M
故选:B
如图一个铁球从竖立在地面的轻弹簧正上方某处自由下落,接触弹簧并将弹簧压缩,在压缩的全过程中,弹簧均为弹性形变,那么当弹簧压缩量最大时( )
正确答案
解析
解:A、B、C、小球与弹簧接触后做简谐运动,小球刚与弹簧接触时,只受重力,加速度为g,向下运动到平衡位置时,合力减为零,速度最大,再向下运动
时,速度减小到刚与弹簧接触时相等,加速度增加到g,故当速度进一步减为零时,物体的加速度大于g;故A错误,B正确,C错误;
D、平衡位置弹力等于重力,形变量设为x,再运动x时,速度不为零,故最低点行变量大于2x,故弹力大于2倍的重力,故D错误;
故选B.
光滑水平地面上有三个质量均为10kg的小球A、B、C组成一个系统,若三球中只有A球受到系统外大小为20N方向向东的作用力,B球的加速度大小为3m/s2方向向南,C球的加速度大小为2m/s2方向向西,则此时A球的加速度大小为______,方向为______.
正确答案
5m/s2
东偏北37°
解析
解:以B为研究的对象,则B受到AC组成的系统对它的作用力,由牛顿第二定律可得:FB=maB=10×3=30N,方向向南.由牛顿第三定律可知,B对AC组成的系统的作用力向北,大小是30N.
选取A、C两个小球组成的系统为研究的对象,系统受到一个20N的向东的力,和30N的向北的力,向北的方向:maAN=FB′=FB=30N
所以:
沿向东的方向:maAE+maC=F
所以:,
A球的加速度:
合加速度的方向与向东的方向之间的夹角:
所以:θ=37°
故答案为:5m/s2,东偏北37°
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