- 牛顿运动定律
- 共29769题
如图所示,用F=10.0N的水平拉力,使质量m=5.0kg的物体由静止开始沿光滑水平面做匀加速直线运动.求:
(1)物体加速度a的大小;
(2)物体开始运动后t=3.0s内通过的距离x.
正确答案
解:(1)根据牛顿第二定律 F=ma
解得物体的加速度
a==
m/s2=2.0 m/s2
(2)物体开始运动后t=3.0 s内通过的距离
x==
×2.0×3.02 m=9 m
答:(1)物体加速度a的大小为2m/s2.
(2)物体开始运动后t=3.0s内通过的距离为9m.
解析
解:(1)根据牛顿第二定律 F=ma
解得物体的加速度
a==
m/s2=2.0 m/s2
(2)物体开始运动后t=3.0 s内通过的距离
x==
×2.0×3.02 m=9 m
答:(1)物体加速度a的大小为2m/s2.
(2)物体开始运动后t=3.0s内通过的距离为9m.
(2015秋•高台县期末)如图所示,一固定倾斜放置的粗糙直杆方向与水平方向的夹角为θ=37°,其上套有一质量为m的环,给环一个初速度让环沿杆下滑,环恰好能匀速下滑,现给环一斜向上的拉力,方向与杆的夹角也为θ,使环从A点由静止沿杆向上做匀加速直线运动,至C点时撤去拉力,结果环恰好能滑到D点,已知AB=BC=CD=L,重力加速度为g,拉力作用在环上时,杆对环的弹力垂直于杆向下,(已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)求:
(1)环与杆间的动摩擦因数;
(2)拉力F的大小.
正确答案
解:(1)环能沿杆匀速下滑,根据力的平衡有:
mgsinθ=μmgcosθ
解得:μ=tanθ=0.75;
(2)由AB=BC=CD=L,环从A到C过程中,杆对环的弹力垂直于杆向下,根据牛顿第二定律有:
Fcosθ-f-mgsinθ=ma1
Fsinθ=N+mgcosθ
f=μN
v2=2a1×2L
环从C到D的过程中,根据牛顿第二定律有:
mgsinθ+μmgcosθ=ma2
v2=2a2L
解得:F=
答:(1)环与杆间的动摩擦因数为0.75;
(2)拉力F的大小为.
解析
解:(1)环能沿杆匀速下滑,根据力的平衡有:
mgsinθ=μmgcosθ
解得:μ=tanθ=0.75;
(2)由AB=BC=CD=L,环从A到C过程中,杆对环的弹力垂直于杆向下,根据牛顿第二定律有:
Fcosθ-f-mgsinθ=ma1
Fsinθ=N+mgcosθ
f=μN
v2=2a1×2L
环从C到D的过程中,根据牛顿第二定律有:
mgsinθ+μmgcosθ=ma2
v2=2a2L
解得:F=
答:(1)环与杆间的动摩擦因数为0.75;
(2)拉力F的大小为.
如图所示,一根长度为2L,质量为m的绳子挂在定滑轮的两侧,左右两边绳子的长度相等,绳子的质量分布均匀,滑轮的大小跟质量均忽略不计,不计一切摩擦,由于轻微扰动,右侧绳从静止开始竖直下降,当它向下的运动的位移为x时,加速度大小为a,滑轮对天花板的拉力为T,已知重力加速度大小为g,下列a-x,T-x关系图线可能正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、设单位长度上质量为m0,则根据受力分析知:a==
g=
g=
g,加速度与x成正比,当x=L时,加速度a=g,以后不变,故A正确,B错误;
CD、选取左边部分受力分析,知:F=ma+mg=(L-x)m0g+(L-x)m0g=-
+m0gL,故C正确,D错误;
故选:AC
如图所示.质量为1kg的物块A放在与水平面成θ角的倾斜木板上,当θ=30°时物块恰好处于平衡状态,已知物块A距离木块下端的距离为
m,g=l0m/s2,滑动摩擦力与最大静摩擦力相等,则以下分析正确的是( )
正确答案
解析
解:A、物块平衡可知mgsinθ=μmgcosθ,物块与木板之间的动摩擦因数μ=tanθ=,故A正确;
B、将木板与水平面的倾角改为600,则mgsinθ-μmgcosθ=ma,则物块运动加速度为,故B正确;
C、将木板与水平面的倾角改为600,物块运动到木板下端的速度v2=2ax,则v=2m/s,故C正确;
D、将木板与水平面的倾角改为600,物块运动到木板下重力做功W=mgh=15J,故D错误
故选:ABC
如图,质量为2m的物块A与水平地面的摩擦可忽略不计,质量为m的物块B与地面的动摩擦因数为μ,在已知水平力F的作用下,A,B做加速运动,A对B的作用力为______.
正确答案
解析
解:对整体分析,根据牛顿第二定律得,a=
隔离对B分析,有FAB-μmg=ma
解得.
故答案为:
质量为1kg的物体以20m/s的初速度竖直上抛,所受空气阻力大小为2.5N,且保持不变,g取10m/s2.求:
(1)物体能够上升的最大高度是多少?
(2)物体落回到抛出点时的速度是多少?
正确答案
解:(1)上升加速度大小为mg+f=ma
a=
上升的高度为
(2)下降过程中由动能定理得
mgh-fh=
代入数据解得 v′=
答:(1)物体能够上升的最大高度是16m;(2)物体落回到抛出点时的速度是
解析
解:(1)上升加速度大小为mg+f=ma
a=
上升的高度为
(2)下降过程中由动能定理得
mgh-fh=
代入数据解得 v′=
答:(1)物体能够上升的最大高度是16m;(2)物体落回到抛出点时的速度是
在水平地面上放一重为30N的物体,物体与地面间的动摩擦因数为.若对物体施加一作用力F,使物体在地面上做匀速直线运动,则F与地面的夹角为______时最省力,此时的作用力F是______N.
正确答案
30°
15
解析
解:设F与水平地面夹角为θ时最省力,根据平衡条件:
Fcosθ=μ(mg-Fsinθ)
得:F=,由数学知识知θ=arctanu=30°时F有最小值,
F的最小值为:
Fmin==
=15N.
故答案为:30°,15
在现实中,雨滴大约在1.5km左右的高空形成并开始下落.取g=10m/s2,试分析:
(1)若该雨滴做自由落体运动,求雨滴下落到地面的时间和到达地面时的速度是多大.
(2)实际生活中,雨滴落地的速度一般不超过8m/s,为什么它与你计算的结果差别这么大呢?
正确答案
解:(1)雨滴做自由落体运动,由位移公式得:h=gt2,解得:t≈17.32s,
雨滴落地时的速度:v=gt=173.2m/s;
(2)雨滴的速度通常不超过8m/s,而理论计算值约是实际值的21倍,差别很大.造成这个差别的原因是:雨滴自高空落下,受空气阻力作用,速度越大,阻力也越大,雨滴做加速度逐渐减小的加速运动,到达地面之前,已做匀速运动. 答:雨滴落地的速度按照理论计算是1.732×102m/s,而实际的情况是:雨滴自高空落下,受空气阻力作用,速度越大,阻力也越大,雨滴做加速度逐渐减小的加速运动,到达地面之前,已做匀速运动.
答:(1)雨滴下落到地面的时间是17.32s,到达地面时的速度是173.2m/s.
(2)雨滴落地的速度按照理论计算是173.2m/s,而实际的情况是:雨滴自高空落下,受空气阻力作用,速度越大,阻力也越大,雨滴做加速度逐渐减小的加速运动,到达地面之前,已做匀速运动.
解析
解:(1)雨滴做自由落体运动,由位移公式得:h=gt2,解得:t≈17.32s,
雨滴落地时的速度:v=gt=173.2m/s;
(2)雨滴的速度通常不超过8m/s,而理论计算值约是实际值的21倍,差别很大.造成这个差别的原因是:雨滴自高空落下,受空气阻力作用,速度越大,阻力也越大,雨滴做加速度逐渐减小的加速运动,到达地面之前,已做匀速运动. 答:雨滴落地的速度按照理论计算是1.732×102m/s,而实际的情况是:雨滴自高空落下,受空气阻力作用,速度越大,阻力也越大,雨滴做加速度逐渐减小的加速运动,到达地面之前,已做匀速运动.
答:(1)雨滴下落到地面的时间是17.32s,到达地面时的速度是173.2m/s.
(2)雨滴落地的速度按照理论计算是173.2m/s,而实际的情况是:雨滴自高空落下,受空气阻力作用,速度越大,阻力也越大,雨滴做加速度逐渐减小的加速运动,到达地面之前,已做匀速运动.
如图所示,质量M=10kg,上表面光滑的足够长的木板在F=50N的水平拉力作用下,以v0=5m/s的速度沿水平地面向右匀速运动.现有两个小铁块,它们的质量均为m=1kg.在某时刻将第一个小铁块无初速度地放在木板的最右端,当木板运动了L=lm时,又无初速度地在木板最右端放上第二个小铁块.取g=10m/s2.求:
(1)第一个铁块放上后,木板的加速度是多大?
(2)第二个小铁块放上时,木板的速度是多大?
(3)第二个小铁块放上后,木板能运动的最大位移是多少?
正确答案
解:(1)设木板与地面间的动摩擦因数为μ,未放小铁块时,对木板由平衡条件得:
F=μMg,所以解得:μ=0.5
第一个小铁块放上后,木板做匀减速运动,加速度为a1,根据牛顿第二定律得:
F-μ(M+m)g=Ma1,所以
故第一个小铁块放上后,木板的加速度大小为0.5m/s2.
(2)放上第一个木块后,木板做匀减速运动,设第二个小铁块放上时,木板的速度是v1,则有:
,所以解得:
故第二个小铁块放上时,木板的速度是:.
(3)第二个小铁块放上后,木板做匀减速运动,加速度为a2,则有:
F-μ(M+2m)g=Ma2 ,所以有:.
设第二个小铁块放上后,木板能运动的最大位移是s,则有:
,所以解得:s=12m
故第二个小铁块放上后,木板能运动的最大位移是12m.
解析
解:(1)设木板与地面间的动摩擦因数为μ,未放小铁块时,对木板由平衡条件得:
F=μMg,所以解得:μ=0.5
第一个小铁块放上后,木板做匀减速运动,加速度为a1,根据牛顿第二定律得:
F-μ(M+m)g=Ma1,所以
故第一个小铁块放上后,木板的加速度大小为0.5m/s2.
(2)放上第一个木块后,木板做匀减速运动,设第二个小铁块放上时,木板的速度是v1,则有:
,所以解得:
故第二个小铁块放上时,木板的速度是:.
(3)第二个小铁块放上后,木板做匀减速运动,加速度为a2,则有:
F-μ(M+2m)g=Ma2 ,所以有:.
设第二个小铁块放上后,木板能运动的最大位移是s,则有:
,所以解得:s=12m
故第二个小铁块放上后,木板能运动的最大位移是12m.
如图甲所示,在倾角为θ的长斜面上有一带风帆的玩具滑块从静止开始沿斜面下滑,滑块的质量为(包含小人的质量)m,它与斜面间的动摩擦因数为μ,帆受到的空气阻力与滑块下滑的速度成正比.即f=kv(k为比例系数.把人看作是滑块的一部分)
(1)作出滑块下滑过程中的受力分析图.
(2)写出滑块下滑的加速度的表达式.
(3)写出滑块下滑的最大速度的表达式.
(4)若m=2kg,θ=37°,g=10m/s2,滑块从静止开始沿斜面下滑的速度图线如图乙所示,图中直线是t=0时刻速度图线的切线,由此求出μ和k的值.
正确答案
解:(1)受力如图所示.
(2)根据牛顿第二定律得,mgsinθ-μmgcosθ-kv=ma;
解得加速度a=gsinθ-μgconθ-;
(3)当a=0时,速度达到最大,即gsinθ-μgconθ-=0;
解得vmax=;
(4)由图可知t=0时,速度v=0,加速度a0==4m/s2,有:4=gsin37°-μgcos37°,
解得μ=0.25;
a=0时,vmax=2m/s,有:
k=4Ns/m.
答:(1)受力如图所示.
(2)滑块下滑的加速度的表达式为a=gsinθ-μgconθ-;
(3)滑块下滑的最大速度的表达式为vmax=;
(4)μ和k的值分别为0.25,4Ns/m.
解析
解:(1)受力如图所示.
(2)根据牛顿第二定律得,mgsinθ-μmgcosθ-kv=ma;
解得加速度a=gsinθ-μgconθ-;
(3)当a=0时,速度达到最大,即gsinθ-μgconθ-=0;
解得vmax=;
(4)由图可知t=0时,速度v=0,加速度a0==4m/s2,有:4=gsin37°-μgcos37°,
解得μ=0.25;
a=0时,vmax=2m/s,有:
k=4Ns/m.
答:(1)受力如图所示.
(2)滑块下滑的加速度的表达式为a=gsinθ-μgconθ-;
(3)滑块下滑的最大速度的表达式为vmax=;
(4)μ和k的值分别为0.25,4Ns/m.
如图所示,水平面上放有质量均为m=1kg的小物块A和B,A、B与地面的动摩擦因数分别为μ1=0.4和μ2=0.1,两物块相距为L.现给物块A一初速度v0=3m/s,使之向物块B运动,同时给物块B一个水平向右的恒力F使其由静止开始运动,已知F=3N.经过一段时间后,A恰好能追上B.求:(g=10m/s2)
(1)物块B运动的加速度大小;
(2)两物块相距的距离L的大小.
正确答案
解:(1)对B,由牛顿第二定律得:F-μ2mg=maB
aB=2m/s2;
(2)设物体A经过t时间追上物体B,对物体A,由牛顿第二定律可知:
μ1mg=maA恰好追上的条件为:
两物体出现在同一位置且速度相等;
即:vA=vB可得:v0-aAt=aBt------(1);
xA-xB=L
即:v0t-aAt2-
aBt2=L------(2);
联立各式并代入数据解得:L=0.75m;
答:(1)物块B运动的加速度为2m/s2; (2)两物块相距的距离为0.75m.
解析
解:(1)对B,由牛顿第二定律得:F-μ2mg=maB
aB=2m/s2;
(2)设物体A经过t时间追上物体B,对物体A,由牛顿第二定律可知:
μ1mg=maA恰好追上的条件为:
两物体出现在同一位置且速度相等;
即:vA=vB可得:v0-aAt=aBt------(1);
xA-xB=L
即:v0t-aAt2-
aBt2=L------(2);
联立各式并代入数据解得:L=0.75m;
答:(1)物块B运动的加速度为2m/s2; (2)两物块相距的距离为0.75m.
一物块以一定的初速度沿斜面向上滑出,利用速度传感器可以在计算机屏幕上得到其速度大小随时间的变化关系图象如图所示,取g=10m/s2,求:
(1)物块上滑和下滑的加速度大小a1、a2;
(2)物块向上滑行的最大距离S;
(3)斜面的倾角θ.
正确答案
解:(1)物块上滑的加速度大小a1=||=
m/s2=8m/s2
物块下滑的加速度大小a2═2m/s2
(2)由位移公式S=v0t-=1m
即物块向上滑行的最大距离为1m
(3)设物块质量为m,物块与斜面间的滑动摩擦系数为μ 则有:
ma1=mgsinθ+μmgcosθ
ma2=mgsinθ-μmgcosθ
解得:θ=30°
答:(1)物块上滑和下滑的加速度大小分别为8m/s2、2m/s2.
(2)物块向上滑行的最大距离S为1m.
(3)斜面的倾角θ为30°.
解析
解:(1)物块上滑的加速度大小a1=||=
m/s2=8m/s2
物块下滑的加速度大小a2═2m/s2
(2)由位移公式S=v0t-=1m
即物块向上滑行的最大距离为1m
(3)设物块质量为m,物块与斜面间的滑动摩擦系数为μ 则有:
ma1=mgsinθ+μmgcosθ
ma2=mgsinθ-μmgcosθ
解得:θ=30°
答:(1)物块上滑和下滑的加速度大小分别为8m/s2、2m/s2.
(2)物块向上滑行的最大距离S为1m.
(3)斜面的倾角θ为30°.
质量为m的物体,在合力F的作用下获得大小为a的加速度.现要使物体获得大小为2a的加速度,若保持它的质量不变,则应使合力变为______F;若保持合力不变,则应使它的质量变为______m.
正确答案
2
解析
解:当施加力F时
F=ma
要使加速度变为2a
则施加的外力为
F′=m×2a=2ma=2F
若力不变,则质量
F=m′×2a
解得m′=m
故答案为:2,
如图所示,传送带长6m,与水平方向的夹角θ=37°,以5m/s的速度向上运动.一个质量为2kg的物块(可视为质点),沿平行于传送带方向以10m/s的速度滑上传送带,已知物块与传送带之间的动摩擦因数μ=0.5.求:
(1)物块刚滑上传送带时的加速度大小;
(2)物块到达传送带顶端时的速度;
(3)整个过程中,摩擦力对物块所做的功.
正确答案
解:(1)物块刚滑上传送带时,物块的加速度大小为a1,
由牛顿第二定律mgsin37°+μmgcos37°=ma1
代入数据解得;
(2)设物块速度减为5m/s所用时间为t1,则v0-v=a1t1
解得t1=0.5s
通过的位移:m<6 m
因μ<tanθ,此后物块继续减速上滑的加速度大小为a2则mgsin37°-μmgcos37°=ma2
代入数据解得
设物块到达最高点的速度为v1,则
x2=l-x1=2.25m
解得v1=4m/s.
(3)从开始到最高点,由动能定理得
代入数据解得W=-12 J
答:(1)物块刚滑上传送带时的加速度大小为10m/s2;
(2)物块到达传送带顶端时的速度为4m/s;
(3)整个过程中,摩擦力对物块所做的功为-12J.
解析
解:(1)物块刚滑上传送带时,物块的加速度大小为a1,
由牛顿第二定律mgsin37°+μmgcos37°=ma1
代入数据解得;
(2)设物块速度减为5m/s所用时间为t1,则v0-v=a1t1
解得t1=0.5s
通过的位移:m<6 m
因μ<tanθ,此后物块继续减速上滑的加速度大小为a2则mgsin37°-μmgcos37°=ma2
代入数据解得
设物块到达最高点的速度为v1,则
x2=l-x1=2.25m
解得v1=4m/s.
(3)从开始到最高点,由动能定理得
代入数据解得W=-12 J
答:(1)物块刚滑上传送带时的加速度大小为10m/s2;
(2)物块到达传送带顶端时的速度为4m/s;
(3)整个过程中,摩擦力对物块所做的功为-12J.
如图所示,静止在光滑水平面的木板B的质量M=2kg、长度L=2.0m.铁块A静止于木板的右端,其质量m=1.0kg,与木板间的动摩擦因数μ=0.2,并可看作质点.现给木板B施加一个水平向右的恒定拉力F=8.0N,使木板从铁块下方抽出,试求:(取g=10m/s2)
(1)抽出木板所用的时间;
(2)抽出木板时,铁块和木板的速度大小各为多少?
正确答案
解:(1)对铁块有f=μFN=μmg=ma1
得
对木板有F-f=Ma2得
抽出木板的过程中:铁块位移
木板位移
两位移之间的关系为s2=s1+L
即
解得
(2)抽出木板的瞬间,铁块的速度大小为
v1=a1t=2×2m/s=4m/s
木块的速度大小为v2=a2t=3×2m/s=6m/s
答:(1)抽出木板所用的时间为2.0s.
(2)抽出木板时,铁块和木板的速度大小各为4m/s、6m/s.
解析
解:(1)对铁块有f=μFN=μmg=ma1
得
对木板有F-f=Ma2得
抽出木板的过程中:铁块位移
木板位移
两位移之间的关系为s2=s1+L
即
解得
(2)抽出木板的瞬间,铁块的速度大小为
v1=a1t=2×2m/s=4m/s
木块的速度大小为v2=a2t=3×2m/s=6m/s
答:(1)抽出木板所用的时间为2.0s.
(2)抽出木板时,铁块和木板的速度大小各为4m/s、6m/s.
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