- 牛顿运动定律
- 共29769题
若水平恒力F在时间t内使质量为m的物体在光滑水平面上由静止开始移动一段距离s,则2F的恒力在2t时间内,使质量为的物体在同一水平面上,由静止开始移动的距离是( )
正确答案
解析
解:质量为m的物体的加速度:,
=
质量为的物体的加速度:
位移:
故选:D
中国首次太空授课活动于2013年6月20日上午举行,如图所示,航天员王亚平利用天宫一号中的“质量测量仪”测量航天员聂海胜的质量为74kg.测量时,聂海胜与轻质支架被王亚平水平拉里初始位置,且处于静止状态,当王亚平松手后,聂海胜与轻质支架收到一个大小为100N的水平恒力作用而复位,用光栅测得复位时瞬间速度为1m/s,则复位的时间为______.
正确答案
0.74s
解析
解:根据牛顿第二定律得,加速度为:a=,
则复位的时间为:t=.
故答案为:0.74s.
一条足够长的浅色水平传送带自左向右匀速运行.现将一个木炭包无初速地放在传送带的最左端,木炭包在传送带上将会留下一段黑色的径迹.下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、刚放上木炭包时,木炭包的速度慢,传送带的速度快,木炭包向后滑动,所以黑色的径迹将出现在木炭包的右侧,所以A正确.
B、木炭包在传送带上运动靠的是与传送带之间的摩擦力,摩擦力作为它的合力产生加速度,
所以由牛顿第二定律知,μmg=ma,所以a=μg,
当达到共同速度时,不再有相对滑动,
由V2=2ax 得,木炭包位移 X木=,
设相对滑动的时间为t,
由V=at,得t=,
此时传送带的位移为x传=vt=,
所以滑动的位移是△x=x传-X木=,
由此可以知道,传送带运动的速度越小,径迹的长度越短,所以B正确,
木炭包与传送带间动摩擦因数越大,径迹的长度越短,所以C正确,
黑色的径迹与木炭包的质量无关,所以D错误.
故选:ABC
如图所示为皮带传送装置示意图的一部分,传送带与水平地面的倾角为θ,A、B两端相距L.将质量为m的物体轻放到传送带的A端,物体沿AB方向从A端一直加速运动到B端,物体与传送带间的滑动摩擦力大小为f.传送带顺时针运转,皮带传送速度v保持不变,物体从A到达B所用的时间为t,物体和传送带组成的系统因摩擦产生的热量为Q,电动机因运送物体多做的功为W.下列关系式中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、物块产生的加速度为:a=
在时间t内传送带前进位移为x=vt,发生的相对位移为:△x=vt-L,故产生的热量为:Q=f(vt-L),故A错误,B正确;
C、电动机做的功一部分转化为内能,另一部分转化为物块的机械能,故有:W=Q+mgLsinθ+,故C错误;
D、传送带多做的功是传送带克服摩擦力做的功,等于摩擦力和传送带位移的乘积,即W=fvt.故D正确.
故选:BD
在研究摩擦力特点的实验中,将木块放在水平长木板上,如图甲所示,用力沿水平方向拉木块,拉力从0开始逐渐增大.分别用力传感器采集拉力和木块受到的摩擦力,并用计算机绘制出摩擦力f随拉力F的变化图象,如图乙所示.已知木块质量为0.78kg,取g=10m/s2.
(1)求木块与长木板间最大静摩擦力大小;
(2)求木块与长木板间的动摩擦因数;
(3)若在平行于木板的恒定拉力F作用下,木块以a=2.0m/s2的加速度从静止开始做匀变速直线运动,求拉力F应为多大?
正确答案
解:(1)用力沿水平方向拉长木板,拉力从0开始逐渐增大.刚开始长木板处于静止状态,长木板受拉力和木块对长木板间的静摩擦力,当拉力达到4N时,开始发生相对滑动,木块与长木板间产生了滑动摩擦力.由图可知木块与长木板间的最大静摩擦力Ffm为4N.
(2)由图可知木块与长木板间的滑动摩擦力Ff为3.12N.根据滑动摩擦力公式得:
Ff=μN=μmg
解得:μ==0.4;
(3)由牛顿第二定律F-Ff=ma得:
F=Ff+ma=3.12+0.78×2=4.68(N)
答:(1)最大静摩擦力为4N;
(2)木块与长木板间的动摩擦因数为0.4;
(3)拉力F应为4.68N.
解析
解:(1)用力沿水平方向拉长木板,拉力从0开始逐渐增大.刚开始长木板处于静止状态,长木板受拉力和木块对长木板间的静摩擦力,当拉力达到4N时,开始发生相对滑动,木块与长木板间产生了滑动摩擦力.由图可知木块与长木板间的最大静摩擦力Ffm为4N.
(2)由图可知木块与长木板间的滑动摩擦力Ff为3.12N.根据滑动摩擦力公式得:
Ff=μN=μmg
解得:μ==0.4;
(3)由牛顿第二定律F-Ff=ma得:
F=Ff+ma=3.12+0.78×2=4.68(N)
答:(1)最大静摩擦力为4N;
(2)木块与长木板间的动摩擦因数为0.4;
(3)拉力F应为4.68N.
如图所示,一根柔软绳AB的总长度为l,其质量均匀分布,在水平外力F的作用下,沿水平面作匀加速直线运动,取绳上距A端x处的张力为T,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、绳单位长度质量为m0=,先对整个绳子有F-f=ma,可得绳子加速度为:a=
,
再对绳子左端部分应有:T-μm0(l-x)g=m0(l-x)a,整理可得:T=-,由图线可知得出拉力和绳长的大小,无法确定是否受到摩擦力,故A错误,B正确.
C、根据T与x的表达式无法求出粗绳的质量,由于质量未知,无法求出粗绳运动的加速度大小.故C、D错误.
故选:B.
如图所示,质量为m=4kg的物体与水平地面间的动摩擦因数μ=0.2,现用F=10N与水平方向成θ=37°角的恒力拉物体,使物体由静止开始加速运动,当t=5s时撤去力F,求
(1)物体做加速运动时加速度a的大小?
(2)撤去F后,物体还能滑行多长时间?(sin37°=0.6 cos37°=0.8 g=10m/s2)
正确答案
解:
(1)根据牛顿第二定律得:
竖直方向:FN=mg-Fsin37° ①
水平方向:Fcos37°-Ff=ma ②
又Ff=μFN ③
由①②③解得 a=0.3 m/s2
(2)5s末的速度 v0=at=1.5m/s
撤去F 后物体的加速度a1=-=-μg=-2 m/s2
所以t1==0.75s
答:(1)物体做加速运动时加速度a的大小为0.3 m/s2.
(2)撤去F后,物体还能滑行0.75s.
解析
解:
(1)根据牛顿第二定律得:
竖直方向:FN=mg-Fsin37° ①
水平方向:Fcos37°-Ff=ma ②
又Ff=μFN ③
由①②③解得 a=0.3 m/s2
(2)5s末的速度 v0=at=1.5m/s
撤去F 后物体的加速度a1=-=-μg=-2 m/s2
所以t1==0.75s
答:(1)物体做加速运动时加速度a的大小为0.3 m/s2.
(2)撤去F后,物体还能滑行0.75s.
研究小组利用图示装置探究小物块在斜面上的运动.木板OA长度L=3.75m,可绕轴O在竖直平面内转动,它与水平面的夹角记为θ;小物块的质量m=0.1kg,与木板之间的动摩擦因数μ=0.25,开始时小物块静置于O端.大小为1N、方向始终平行于木板的力F作用于小物块上(取g=10m/s2,sin37°=0.6).求
(1)θ取何值时,小物块在木板上运动的时间最长?
(2)当θ=37°时,为保证小物块不冲出木板顶端,力F的作用时间不得超过多少?
正确答案
解:(1)当θ=900时,F-mg=0,物块动不起来,t→∞符合题意,物块在倾角为θ的斜面上运动,据牛二律有:
F-mgsinθ-μmgcosθ=ma′
根据,要使t最大,须使a’最小,也即(mgsinθ+μmgcosθ)最大
令sinθ+μ cosθ=y,
化简得:,其中
临界条件为:时a=0,t→∞
则:
故满足条件的θ角范围是[,
]
(2)当θ=370有F作用时:F-mgsin37°-μmgcos37°=ma1
解得:a1=2 m/s2
撤去F后:mgsin37°+μmgcos37°=ma2
解得:a2=8 m/s2
设加速时间为t1,减速时间为t2,有a1t1=vm=a2t2 又L=(t2+t1) vm
联立解得:s
答:(1)θ取[,
]时,小物块在木板上运动的时间最长?
(2)当θ=37°时,为保证小物块不冲出木板顶端,力F的作用时间不得超过s
解析
解:(1)当θ=900时,F-mg=0,物块动不起来,t→∞符合题意,物块在倾角为θ的斜面上运动,据牛二律有:
F-mgsinθ-μmgcosθ=ma′
根据,要使t最大,须使a’最小,也即(mgsinθ+μmgcosθ)最大
令sinθ+μ cosθ=y,
化简得:,其中
临界条件为:时a=0,t→∞
则:
故满足条件的θ角范围是[,
]
(2)当θ=370有F作用时:F-mgsin37°-μmgcos37°=ma1
解得:a1=2 m/s2
撤去F后:mgsin37°+μmgcos37°=ma2
解得:a2=8 m/s2
设加速时间为t1,减速时间为t2,有a1t1=vm=a2t2 又L=(t2+t1) vm
联立解得:s
答:(1)θ取[,
]时,小物块在木板上运动的时间最长?
(2)当θ=37°时,为保证小物块不冲出木板顶端,力F的作用时间不得超过s
质量为2kg的物体在光滑的水平面上以5m/s的速度匀速前进,从某时刻起它受到一个水平方向、大小为 4N的恒力作用,则下列可能正确的是( )
正确答案
解析
解:A.设物体初速度为F,质量为m,初速度为v0,如果水平恒力F与初速度方向相同:
根据牛顿第二定律,物体的加速:a==2m/s2
根据运动学公式:v=v0+at=15m/s;位移s=v0t+at2=50m,故A正确;
B.如果恒力与初速度方向相反,则v=v0-at=-5m/s,即物体速度大小为5m/s,方向与初速度方向相反,故B正确;
C.F方向与初速度方向相同时有最大速度,F与初速度方向相反时为最小速度,故v<15m/s,不可能为20m/s,所以C错误;
D.当F方向与初速度方向相反时位移s=v0t-at2=0,故D正确.
故选:ABD.
如图所示,一质量为8m的长木板静止在光滑水平面上,某时刻一质量为m的小铁块以速度υ从木板的右端滑上木板.已知铁块与木板间的动摩擦因数为μ,重力加速度大小为g,木板足够长,求:
(1)铁块与木板的加速度大小;
(2)当木板在水平面上加速滑行的距离为x时,铁块在木板上滑行的长度为多少?
正确答案
解:(1)对于铁块:μmg=ma1,解得:a1=μg
对于木板:μmg=Ma2,解得:
(2)木板的位移:,解得:
铁块的位移:
铁块在木板上滑行的距离:
答:(1)铁块与木板的加速度大小分别为:μg,;
(2)当木板在水平面上加速滑行的距离为x时,铁块在木板上滑行的长度为.
解析
解:(1)对于铁块:μmg=ma1,解得:a1=μg
对于木板:μmg=Ma2,解得:
(2)木板的位移:,解得:
铁块的位移:
铁块在木板上滑行的距离:
答:(1)铁块与木板的加速度大小分别为:μg,;
(2)当木板在水平面上加速滑行的距离为x时,铁块在木板上滑行的长度为.
质量为m的滑块从半径为R的半球形碗的边缘滑向碗底,过碗底时的速度大小为v,若滑块与碗底间的动摩擦因数为μ,则在过碗底时滑块受到摩擦力的大小为______.
正确答案
解析
解:滑块经过碗底时,由重力和支持力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律得
FN-mg=m
则碗底对球支持力FN=mg+m
所以在过碗底时滑块受到摩擦力的大小f=μFN=μ(mg+m)=
故答案为:
一起重机以恒定的竖直向上F=600N的力,将一质量为m=20kg的物体由静止开始向上提升,求上升h=10m时的速度______.
正确答案
20m/s
解析
解:根据牛顿第二定律得,a=,
根据速度位移公式得,v=.
故答案为:20m/s.
(2015秋•哈尔滨校级期末)电梯内弹簧枰上挂有一个的物体,电梯以大小为5m/s2的加速度匀减速向上运动时,弹簧秤的示数为6.0N.则下列说法中正确的是( )(g=10m/s2)
正确答案
解析
解:A、由牛顿第二定律可得:mg-F=ma;解得m==1.2kg;故A错误;
B、因物体的加速度向下,故物体处于失重状态; 故B正确;
C、由于物体做加速运动,故拉力与重力不是平衡力;故C错误;
D、若拉力变成18N,则合力F=18-12=6N,加速度a==5m/s2; 方向向上,但物体可能是向上加速也可能是向下减速;故D正确;
故选:BD.
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,以初速度v0=5m/s沿水平地面向右匀速运动.现有足够多的小铁块,它们的质量均为m=1kg,将一铁块无初速地放在木板的最右端,当木板运动了L=1m时,又无初速度地在木板的最右端放上第2块铁块,只要木板运动了L就在木板的最右端无初速度放一铁块.(取g=10m/s2)试问:
(1)第1块铁块放上后,木板运动了L时,木板的速度多大?
(2)最终木板上放有多少块铁块?
(3)最后一块铁块与木板右端距离多远?
正确答案
解:(1)木板最初做匀速运动,由F=μMg解得,
第1块铁块放上后,木板做匀减速运动,即有:
μ(M+m)g-F=Ma1,代入数据,解得:a1=-0.5m/s2;
根据速度位移关系公式,有:,解得v1=2
m/s
(2)设最终有n块铁块能静止在木板上.则木板运动的加速度大小为:an=
第1 块铁块放上后:2a1L=v02-v12
第2 块铁抉放上后:2a2L=v12-v22
第n块铁块放上后:2anL=vn-12-vn2
由上可得:(1+2+3+…+n)×2()L=v02-vn2
木板停下时,vn=0,得n=6.6;
(3)从放上第1块铁块至刚放上第7 块铁块的过程中,由(2)中表达式可得:
×2(
)L=v02-v62
从放上第7 块铁块至木板停止运动的过程中,设木板发生的位移为d,则:
2×d=v62-0
联立解得:d=m
答:(1)第1块铁块放上后,木板运动了L时,木板的速度为2m/s.
(2)最终有7 块铁块放在木板上.
(3)最后一块铁块与木板右端距离为m.
解析
解:(1)木板最初做匀速运动,由F=μMg解得,
第1块铁块放上后,木板做匀减速运动,即有:
μ(M+m)g-F=Ma1,代入数据,解得:a1=-0.5m/s2;
根据速度位移关系公式,有:,解得v1=2
m/s
(2)设最终有n块铁块能静止在木板上.则木板运动的加速度大小为:an=
第1 块铁块放上后:2a1L=v02-v12
第2 块铁抉放上后:2a2L=v12-v22
第n块铁块放上后:2anL=vn-12-vn2
由上可得:(1+2+3+…+n)×2()L=v02-vn2
木板停下时,vn=0,得n=6.6;
(3)从放上第1块铁块至刚放上第7 块铁块的过程中,由(2)中表达式可得:
×2(
)L=v02-v62
从放上第7 块铁块至木板停止运动的过程中,设木板发生的位移为d,则:
2×d=v62-0
联立解得:d=m
答:(1)第1块铁块放上后,木板运动了L时,木板的速度为2m/s.
(2)最终有7 块铁块放在木板上.
(3)最后一块铁块与木板右端距离为m.
如图所示,一个质量为m的木块,在平行于斜面向上的推力F作用下,沿着倾角为θ的斜面匀速向上运动,木块与斜面间的动摩擦因数为μ.(μ<tanθ)(已知最大摩擦力等于滑动摩擦力)
(1)求推力F的大小.
(2)若将平行于斜面向上的推力F改为水平推力F作用在木块上,而使得木块静止在斜面上,请讨论水平推力F的大小范围.
正确答案
解:(1)受力分析如图所示,可沿斜面向上为x轴正方向,垂直斜面向上为y轴正方向建立直角坐标系,将重力向x轴及y轴分解;
则G′=mgcosα;
G″=mgsinα;
因物体处于平衡状态,由共点力的平衡条件可知:
平行于斜面方向:F-mgsinα-f=0;
垂直于斜面方向:FN-mgcosα=0;
其中 f=μFN;
由以上三式解得F=mgsinα+μmgcosα;
(2)若物体恰好不下滑,也就是F较小时,摩擦力方向将沿斜面向上,
根据受力分析和平衡条件有
沿斜面方向上:F cosθ+f=mgsinθ
垂直于斜面方向上:Fsinθ+mgcosθ=FN
当摩擦力达到最大静摩擦力,即f=μFN时,推力F最小.
Fmin=
若物体恰好不上滑,也就是F较大时,摩擦力方向将沿斜面向下,
根据受力分析和平衡条件有
沿斜面方向上:F cosθ=f+mgsinθ
垂直斜面方向上:Fsinθ+mgcosθ=FN
当摩擦力达到最大静摩擦力,即f=μFN时,推力F最大.
Fman=
所以F的范围为:
答:(1)推力F的大小为mgsinα+μmgcosα.
(2)水平推力F的大小范围为
解析
解:(1)受力分析如图所示,可沿斜面向上为x轴正方向,垂直斜面向上为y轴正方向建立直角坐标系,将重力向x轴及y轴分解;
则G′=mgcosα;
G″=mgsinα;
因物体处于平衡状态,由共点力的平衡条件可知:
平行于斜面方向:F-mgsinα-f=0;
垂直于斜面方向:FN-mgcosα=0;
其中 f=μFN;
由以上三式解得F=mgsinα+μmgcosα;
(2)若物体恰好不下滑,也就是F较小时,摩擦力方向将沿斜面向上,
根据受力分析和平衡条件有
沿斜面方向上:F cosθ+f=mgsinθ
垂直于斜面方向上:Fsinθ+mgcosθ=FN
当摩擦力达到最大静摩擦力,即f=μFN时,推力F最小.
Fmin=
若物体恰好不上滑,也就是F较大时,摩擦力方向将沿斜面向下,
根据受力分析和平衡条件有
沿斜面方向上:F cosθ=f+mgsinθ
垂直斜面方向上:Fsinθ+mgcosθ=FN
当摩擦力达到最大静摩擦力,即f=μFN时,推力F最大.
Fman=
所以F的范围为:
答:(1)推力F的大小为mgsinα+μmgcosα.
(2)水平推力F的大小范围为
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