- 牛顿运动定律
- 共29769题
物体放在倾角θ的斜面上,向下轻推恰能匀速下滑.若给此物体一大小为v0,方向沿斜面向上的初速度,重力加速度用g表示,则它沿斜面上滑加速度大小a=______.
正确答案
2gsinθ
解析
解:物体沿斜面匀速下滑,则有:mgsinθ=f,
当物体上滑时,根据牛顿第二定律得,物体的加速度a=.
故答案为:2gsinθ.
近年来我国加大了对新能源汽车的扶持力度,新能源汽车在设计阶段要对其各项性能进行测试,在某次新能源汽车性能测试中,图1显示的是牵引力传感器传回的实时数据随时间变化关系,但由于机械故障,速度传感器只传回了第20s以后的数据,如图2所示,已知汽车质量为1500kg,若测试平台是水平的,且汽车由静止开始直线运动,设汽车所受阻力恒定,求:
(1)20s末汽车的速度;
(2)前20s汽车的位移.
正确答案
解:由牛顿第二定律得:
F1-f=ma1
6s末车速:v1=a1t1
在6-18s内,由牛顿第二定律得:
F2-f=ma2
第18s末车速:
v2=v1+a2t2
由图知18s后汽车匀速直线运动,牵引力等于阻力,故有:
f=F=1500N,
解得18s末的车速:v2=26m/s
即:20s末的车速:v=26m/s
(2)汽车在0-6s内的位移:
汽车在6-18s内的位移:
汽车在18-20s内的位移:x3=vt3=52m
故汽车在前20s的位移:x=x1+x2+x3=478m.
答:(1)20s末汽车的速度为26m/s;
(2)前20s汽车的位移478m.
解析
解:由牛顿第二定律得:
F1-f=ma1
6s末车速:v1=a1t1
在6-18s内,由牛顿第二定律得:
F2-f=ma2
第18s末车速:
v2=v1+a2t2
由图知18s后汽车匀速直线运动,牵引力等于阻力,故有:
f=F=1500N,
解得18s末的车速:v2=26m/s
即:20s末的车速:v=26m/s
(2)汽车在0-6s内的位移:
汽车在6-18s内的位移:
汽车在18-20s内的位移:x3=vt3=52m
故汽车在前20s的位移:x=x1+x2+x3=478m.
答:(1)20s末汽车的速度为26m/s;
(2)前20s汽车的位移478m.
如图所示,一个人用与水平方向成θ=37°角的斜向下的推力F推一个质量为20kg的箱子以4m/s匀速前进,如图(a)所示,箱子与水平地面间的动摩擦因数为μ=0.50.求:
(1)推力F的大小;
(2)若该人不改变力F的大小,只把力的方向变为与水平方向成37°角斜向上去拉这个静止的箱子,如图(b)所示,拉力作用2.0s撤去后,箱子最多还能运动多长距离?(g取10m/s2).
正确答案
解:(1)在图(a)情况下,对箱子进行受力分析有:
箱子受竖直向下的重力、地面竖直向上的支持力、推力和水平面的摩擦力作用,由于箱子处于平衡状态,故
在水平方向满足:Fcosθ-f=0…①
在竖直方向满足:Fsinθ+mg-N1=0…②
而摩擦力的大小满足:f=μN1 …③
由②式得N1=Fsinθ+mg…④
将④代入③得f=μ(Fsinθ+mg)…⑤
将⑤代入①得:Fcosθ=μ(Fsinθ+mg)
整理得:;
(2)在图(b)情况下,物体先以加速度a1做匀速运动,对物体进行受力分析有:
在水平方向满足:Fcosθ-f=ma1
在竖直方向满足:mg-Fsinθ-N2=0
而摩擦力的大小满足:f=μN2
所以物体产生的加速度为:
=6m/s2
拉力作用2s后的速度为:v1=a1t1=6×2m/s=12m/s
撤去外力F后,物体在摩擦力作用下做匀减速运动,根据牛顿第二定律有:
μN3=μmg=ma2
所以物体产生的加速度大小为:
撤去外力F后,物体做初速度v1=12m/s,加速度a2=-5m/s2的匀减速运动,物体还能产生的位移为:
答:(1)推力F的大小为200N
(2)拉力作用2.0s撤去后,箱子最多还能运动距离为14.4m
解析
解:(1)在图(a)情况下,对箱子进行受力分析有:
箱子受竖直向下的重力、地面竖直向上的支持力、推力和水平面的摩擦力作用,由于箱子处于平衡状态,故
在水平方向满足:Fcosθ-f=0…①
在竖直方向满足:Fsinθ+mg-N1=0…②
而摩擦力的大小满足:f=μN1 …③
由②式得N1=Fsinθ+mg…④
将④代入③得f=μ(Fsinθ+mg)…⑤
将⑤代入①得:Fcosθ=μ(Fsinθ+mg)
整理得:;
(2)在图(b)情况下,物体先以加速度a1做匀速运动,对物体进行受力分析有:
在水平方向满足:Fcosθ-f=ma1
在竖直方向满足:mg-Fsinθ-N2=0
而摩擦力的大小满足:f=μN2
所以物体产生的加速度为:
=6m/s2
拉力作用2s后的速度为:v1=a1t1=6×2m/s=12m/s
撤去外力F后,物体在摩擦力作用下做匀减速运动,根据牛顿第二定律有:
μN3=μmg=ma2
所以物体产生的加速度大小为:
撤去外力F后,物体做初速度v1=12m/s,加速度a2=-5m/s2的匀减速运动,物体还能产生的位移为:
答:(1)推力F的大小为200N
(2)拉力作用2.0s撤去后,箱子最多还能运动距离为14.4m
如图所示,轻弹簧两端拴接两个质量均为m的小球a、b,拴接小球的细线固定在天花板上,两球静止,两细线与水平方向的夹角均为a=30°,弹簧水平,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、对a球分析,运用共点力平衡条件得:细线的拉力为:=
弹簧的弹力:F=mgcotα=,故A错误,B正确;
C、剪断左侧细线的瞬间,弹簧的弹力不变,故小球b所受的合力F合=0,加速度为0,故C错误;
D、剪断左侧细线的瞬间,弹簧的弹力不变,小球a所受的合力F合=T=2mg,根据牛顿第二定律得,a=2g.故D错误.
故选:B.
如图所示,A、B两物体的质量分别是2m和m,将A、B之间的细线剪断的瞬间A的加速度的大小是______,方向是______,B的加速度的大小是______,方向是______.
正确答案
0.5g
竖直向上
g
竖直向下
解析
解:开始整体处于平衡,弹簧的弹力F弹=3mg,剪断AB间细线的瞬间,弹簧的弹力不变,
对A,根据牛顿第二定律得,,方向竖直向上.
对B,根据牛顿第二定律得,,方向竖直向下.
故答案为:0.5g,竖直向上,g,竖直向下.
如图所示,静止在水平地面上的小黄鸭质量m=20kg,受到与水平面夹角为53°的斜向上的拉力,小黄鸭开始沿水平地面运动.若拉力F=100N,小黄鸭与地面的动摩擦因数为0.2,求:
(1)把小黄鸭看作质点,作出其受力示意图;
(2)小黄鸭对地面的压力;
(3)小黄鸭运动的加速度的大小.(sin53°=0.8,cos53°=0.6,g=10m/s2)
正确答案
解:(1)对小黄鸭受力分析,受重力、支持力、摩擦力和拉力,如图所示:
(2)小黄鸭竖直方向平衡,有:
N=mg-Fsin53°=200-100×0.8=120N
根据牛顿第三定律,小黄鸭的对地压力为120N;
(3)在水平方向,根据牛顿第二定律,有:
Fcos53°-f=ma
其中:f=μN=0.2×120=24N
解得:a=
答:(1)把小黄鸭看作质点,作出其受力示意图,如图所示;
(2)小黄鸭对地面的压力为120N;
(3)小黄鸭运动的加速度的大小为1.8m/s2.
解析
解:(1)对小黄鸭受力分析,受重力、支持力、摩擦力和拉力,如图所示:
(2)小黄鸭竖直方向平衡,有:
N=mg-Fsin53°=200-100×0.8=120N
根据牛顿第三定律,小黄鸭的对地压力为120N;
(3)在水平方向,根据牛顿第二定律,有:
Fcos53°-f=ma
其中:f=μN=0.2×120=24N
解得:a=
答:(1)把小黄鸭看作质点,作出其受力示意图,如图所示;
(2)小黄鸭对地面的压力为120N;
(3)小黄鸭运动的加速度的大小为1.8m/s2.
一物体置于光滑的水平面上,在10N水平拉力作用下,从静止出发经2秒,速度增加到10m/s,则此物体的质量为______kg.
正确答案
2
解析
解:物体在水平拉力作用下做匀加速直线运动,加速度为a==5m/s2,
由牛顿第二定律得F=ma
所以此物体的质量为m==2kg
故答案为:2
一个铁钉与一根鸡毛同时从同一高度下落,总是铁钉先落地,这是因为最终的原因是( )
正确答案
解析
解:根据牛顿第二定律得,a=,根据位移时间公式得x=
,解得t=
.可知铁钉的运动时间短,是因为铁钉的下落的加速度大于鸡毛下落的加速度.故D正确,A、B、C错误.
故选:D.
公路上行驶的两辆汽车之间应保持一定的安全距离.当前车突然停止时,后车司机可以采取刹车措施,使汽车在安全距离内停下而不会与前车相碰.通常情况下,人的反应时间和汽车系统的反应时间之和为1s.当汽车在晴天干燥沥青路面上以30m/s的速度匀速行驶时,安全距离为120m.设雨天时汽车轮胎与沥青地面的动摩擦因数为晴天时的,若要求安全距离仍为120m,求汽车在雨天安全行驶的最大速度.
正确答案
解:设路面干燥时,汽车与地面的动摩擦因数为μ0,刹车时汽车的加速度大小为a0,安全距离为s,反应时间为t0,由牛顿第二定律和运动学公式得:
μ0mg=ma0…①,
…②,
式中,m和v0分别为汽车的质量和刹车前的速度.
设在雨天行驶时,汽车与地面的动摩擦因数为μ,依题意有:
…③,
设在雨天行驶时汽车刹车的加速度大小为a,安全行驶的最大速度为v,由牛顿第二定律和运动学公式得:μmg=ma…④,
…⑤
联立①②③④⑤式并代入题给数据得:v=20m/s
答:若要求安全距离仍为120m,则汽车在雨天安全行驶的最大速度为20m/s.
解析
解:设路面干燥时,汽车与地面的动摩擦因数为μ0,刹车时汽车的加速度大小为a0,安全距离为s,反应时间为t0,由牛顿第二定律和运动学公式得:
μ0mg=ma0…①,
…②,
式中,m和v0分别为汽车的质量和刹车前的速度.
设在雨天行驶时,汽车与地面的动摩擦因数为μ,依题意有:
…③,
设在雨天行驶时汽车刹车的加速度大小为a,安全行驶的最大速度为v,由牛顿第二定律和运动学公式得:μmg=ma…④,
…⑤
联立①②③④⑤式并代入题给数据得:v=20m/s
答:若要求安全距离仍为120m,则汽车在雨天安全行驶的最大速度为20m/s.
如图,传送带两轮间距为L,传送带运动速度为v0,今在其左端静止地放一个木块,设木块与传送带之间的动摩擦因数为μ,放上木块后传送带速率不受影响,则木块从左端运动到右端的时间为( )
正确答案
解析
解:C、若木块沿着传送带的运动是一直加速,根据牛顿第二定律,有:
μmg=ma…①
根据位移时间公式,有:
L= at2…②
由①②解得:
t=
故C正确;
B、若木块沿着传送带的运动是先加速后匀速,根据牛顿第二定律,有:
μmg=ma… ③
根据速度时间公式,有:
v0=at1…④
根据速度位移公式,有:
v02=2ax1…⑤
匀速运动过程,有:
L-x1=vt2…⑥
由③④⑤⑥解得:
t=t1+t2=+
故B错误;
A、D、如果物体滑到最右端时,速度恰好增加到v,根据平均速度公式,有:
L=v平均t=t,
得:t=.故D正确;
木块放在传送带后做的不是匀速直线运动,时间不可能等于.故A错误;
故选:CD.
如图所示,在竖直向上的匀强电场中有三个小球A、B、C,用不可伸长的绝缘丝线相连悬挂于O点,质量分别为5m,3m和2m,其中只有B球带负电-q,电场强度为E.现将AO线烧断,在烧断瞬间,aA=______m/s2;aB=______m/s2; aC=______m/s2.
正确答案
g
解析
解:烧断OA时,由于B带电受向下的电场力作用,使AB向下加速运动,以AB整体为研究对象,受力如图所示:
整体所受合力为:
F合=8mg+QE
则.
由于电场力作用,B球加速度向下且大于g,故此时BC绳间无作用力,所以C球只受重力,加速度为g.
故答案为:;
;g
如图所示,小物块从光滑斜面距底边0.8m高处由静止下滑,经一与斜面相切的小圆弧滑上足够长的正在匀速运转的水平传送带,传送带的速度为v,方法如图,经过一定时间后,物块从传送带上返回又冲上斜面.试求:
(1)当v=3m/s时物块能冲上斜面的高度h1为多少?
(2)当v=5m/s时物块能冲上斜面的高度h2又为多少?
正确答案
解:(1)小物块从光滑斜面距底边h=0.8m高处,由静止下滑的过程中,运用动能定理得:mv02=mgh
解得:v0=4m/s
当v=3m/s<4m/s时,物块先向左做匀减速运动,速度减为零后向右加速,当速度等于传送带速度时匀速运动后冲上斜面,
冲上斜面的过程中运动动能定理得:
mgh1=mv2
解得:h1=0.45m
当v=5m/s>4m/s时,物块先向左做匀减速运动,速度减为零后向右加速,当运动到斜面底端时速度还为4m/s,后冲上斜面,
冲上斜面的过程中运动动能定理得:
mgh2=mv2
解得:h2=0.8m
答:(1)当v=3m/s时物块能冲上斜面的高度h1为0.45m;
(2)当v=5m/s时物块能冲上斜面的高度h2又为0.8m.
解析
解:(1)小物块从光滑斜面距底边h=0.8m高处,由静止下滑的过程中,运用动能定理得:mv02=mgh
解得:v0=4m/s
当v=3m/s<4m/s时,物块先向左做匀减速运动,速度减为零后向右加速,当速度等于传送带速度时匀速运动后冲上斜面,
冲上斜面的过程中运动动能定理得:
mgh1=mv2
解得:h1=0.45m
当v=5m/s>4m/s时,物块先向左做匀减速运动,速度减为零后向右加速,当运动到斜面底端时速度还为4m/s,后冲上斜面,
冲上斜面的过程中运动动能定理得:
mgh2=mv2
解得:h2=0.8m
答:(1)当v=3m/s时物块能冲上斜面的高度h1为0.45m;
(2)当v=5m/s时物块能冲上斜面的高度h2又为0.8m.
2014年2月,第22届冬奥会在俄罗斯索契成功举行.在高山滑雪速降比赛中,运动员从坡顶由静止开始沿滑道向下做匀加速直线运动,前2s内的位移为10m,经6s到达坡底.求:
(1)运动员的加速度大小;
(2)2s末运动员的速度大小;
(3)坡道的长度.
正确答案
解:(1)运动员做匀加速直线运动,在前2s内,根据x2=at22得:
a==
=5m/s2;
(2)2s末的速度为:v=at=5×2m/s=10m/s;
(3)坡道的长度 L==
m=90m
答:
(1)运动员的加速度大小为5m/s2;
(2)2s末运动员的速度大小为10m/s;
(3)坡道的长度是90m.
解析
解:(1)运动员做匀加速直线运动,在前2s内,根据x2=at22得:
a==
=5m/s2;
(2)2s末的速度为:v=at=5×2m/s=10m/s;
(3)坡道的长度 L==
m=90m
答:
(1)运动员的加速度大小为5m/s2;
(2)2s末运动员的速度大小为10m/s;
(3)坡道的长度是90m.
质量为2t的农用汽车,发动机额定功率为30kW,汽车在水平路面行驶时能达到的最大时速为54km/h.若汽车以额定功率从静止开始加速,当其速度达到v=36km/h时的瞬时加速度是多大?
正确答案
解:当牵引力等于阻力时速度最大
P=Fv=fv
f=
当速度为36km/h时牵引力为
由牛顿第二定律得F-f=ma
a=
答:当其速度达到v=36km/h时的瞬时加速度是0.5m/s2
解析
解:当牵引力等于阻力时速度最大
P=Fv=fv
f=
当速度为36km/h时牵引力为
由牛顿第二定律得F-f=ma
a=
答:当其速度达到v=36km/h时的瞬时加速度是0.5m/s2
如图所示,ABCD为一倾角θ=30°的粗糙斜面,AD边与BC边平行,有一重力G=10N放在斜面上,当对物体施加一个与AB边平行的拉力F时,物体恰能做匀速直线运动.已知物体与斜面的动摩擦因数μ=
,求:
①物体受到的摩擦力大小;
②拉力F的大小;
③物体运动方向与F方向之间的夹角.
正确答案
解:①将物体的重力分解为垂直于斜面和平行于斜面两个方向的分力,在垂直于斜面的方向上,物体受到的支持力与重力垂直斜面的分力平衡.则
支持力FN=mgcosθ==
N,
所以物体受到的摩擦力f=μFN==
N;
②物体在平行斜面的方向上,除了受摩擦力f和F作用外,
沿斜面向下还受重力的一个分力G1=Gsin30°=5N..
物体所受的摩擦力等于F和的合力.将F和G1合成如右图.
可得:
(3)物体运动方向与f方向相反,即与F合相同,设其与F的夹角为θ,则:
tanθ==
=1,故θ=45°
答:①物体受到的摩擦力为N;
②拉力F为5N;
③物体运动方向与F方向之间的夹角为45°.
解析
解:①将物体的重力分解为垂直于斜面和平行于斜面两个方向的分力,在垂直于斜面的方向上,物体受到的支持力与重力垂直斜面的分力平衡.则
支持力FN=mgcosθ==
N,
所以物体受到的摩擦力f=μFN==
N;
②物体在平行斜面的方向上,除了受摩擦力f和F作用外,
沿斜面向下还受重力的一个分力G1=Gsin30°=5N..
物体所受的摩擦力等于F和的合力.将F和G1合成如右图.
可得:
(3)物体运动方向与f方向相反,即与F合相同,设其与F的夹角为θ,则:
tanθ==
=1,故θ=45°
答:①物体受到的摩擦力为N;
②拉力F为5N;
③物体运动方向与F方向之间的夹角为45°.
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