- 牛顿运动定律
- 共29769题
北京时间2013年4月20日8时02分,在四川省雅安市芦山县发生7.0级地震.地震引发多处山体崩塌,严重危害灾区人民的生命和财产安全.研究崩塌体的运动时可建立如图所示的简化模型:当崩塌体速度较小、坡面较缓时,崩塌体的运动可视为滑动(崩塌体可视为质点).假设某崩塌体质量为m,初速度为零,当地重力加速度为g,θ为坡面与水平面的夹角,H为崩塌体距水平面的高度,μ为崩塌体与坡面以及地面间的动摩擦因数.不考虑崩塌体途经A处时的速度大小变化.求:
(1)崩塌体滑动到坡底A点时的速度大小;
(2)水平面上安全位置距A点的最小距离.
正确答案
解:(1)设崩塌体滑到A点的速度为v,则由动能定理得:
mgH-μmgcosθ=
-0
解得:v=
(2)设最小安全距离为x,则由动能定理得:
-μmgx=0-
解得:
答:(1)崩塌体滑动到坡底A点时的速度大小是;
(2)水平面上安全位置距A点的最小距离是.
解析
解:(1)设崩塌体滑到A点的速度为v,则由动能定理得:
mgH-μmgcosθ=
-0
解得:v=
(2)设最小安全距离为x,则由动能定理得:
-μmgx=0-
解得:
答:(1)崩塌体滑动到坡底A点时的速度大小是;
(2)水平面上安全位置距A点的最小距离是.
(2015秋•延边州校级期末)2012年10月,奥地利极限运动员菲利克斯•鲍姆加特纳乘气球升至约39km的高空后跳下,经过4分20秒到达距地面约1.5km高度处,打开降落伞并成功落地,打破了跳伞运动的多项世界纪录,取重力加速度的大小g=10m/s2.
(1)忽略空气阻力,求该运动员从静止开始下落到1.5km高度处所需要的时间及其在此处速度的大小;
(2)实际上物体在空气中运动时会受到空气阻力,高速运动受阻力大小可近似表示为f=kv2,其中v为速率,k为阻力系数,其数值与物体的形状,横截面积及空气密度有关,已知该运动员在某段时间内高速下落的v-t图象如图所示,着陆过程中,运动员和所携装备的总质量m=100kg,试估算该运动员在达到最大速度时所受阻力的阻力系数(结果保留1位有效数字)
正确答案
解:(1)设运动员从开始自由下落至1.5km高度处的时间为t,下落距离为S,在1.5km高度处的速度为v,根据运动学公式,有:
v=gt…①
s=…②
根据题意,有:
s=39km-1.5km=37.5km=37500m…③
联立①②③解得:
t=87s,
v=870m/s;
(2)该运动员达到最大速度vmax时,加速度为零,根据牛顿第二定律,有:
mg=k…④
由所给的v-t图象可读出:
vmax≈360m/s…⑤
联立④⑤解得:
k=0.008kg/m.
答:(1)忽略空气阻力,求该运动员从静止开始下落到1.5km高度处所需要的时间及其在此处速度的大小为870m/s;
(2)该运动员在达到最大速度时所受阻力的阻力系数0.008kg/m.
解析
解:(1)设运动员从开始自由下落至1.5km高度处的时间为t,下落距离为S,在1.5km高度处的速度为v,根据运动学公式,有:
v=gt…①
s=…②
根据题意,有:
s=39km-1.5km=37.5km=37500m…③
联立①②③解得:
t=87s,
v=870m/s;
(2)该运动员达到最大速度vmax时,加速度为零,根据牛顿第二定律,有:
mg=k…④
由所给的v-t图象可读出:
vmax≈360m/s…⑤
联立④⑤解得:
k=0.008kg/m.
答:(1)忽略空气阻力,求该运动员从静止开始下落到1.5km高度处所需要的时间及其在此处速度的大小为870m/s;
(2)该运动员在达到最大速度时所受阻力的阻力系数0.008kg/m.
如图所示的传送带以速率v=2m/s匀速运行,AB部分水平,BC部分与水平面之间的夹角为30°,AB间与BC间距离都等于12m,工件与传送带间的动摩擦因数为μ=
,现将质量为5kg的工件轻轻放在传送带的A端,假设工件始终没有离开传送带,g取10m/s2,求:工件滑至C点时的速度大小.
正确答案
解:工件刚放上传送带时,在水平传送带上做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律得:
a1==μg=
m/s2.
设物体速度达到 v=2m/s时,滑行的距离为 S1,则
S1==
m=0.69m
随后物体在AB部分以速度2m/s匀速运动,当物体滑到斜面上时,加速度为
a2==2.5m/s2;
设斜面长为L,则工件滑至C点时的速度 vC==
=8m/s
答:工件滑至C点时的速度是8m/s.
解析
解:工件刚放上传送带时,在水平传送带上做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律得:
a1==μg=
m/s2.
设物体速度达到 v=2m/s时,滑行的距离为 S1,则
S1==
m=0.69m
随后物体在AB部分以速度2m/s匀速运动,当物体滑到斜面上时,加速度为
a2==2.5m/s2;
设斜面长为L,则工件滑至C点时的速度 vC==
=8m/s
答:工件滑至C点时的速度是8m/s.
质量为2kg的物体静止在水平地面上,现用12N的水平拉力使物体开始运动,2s末撤去拉力.已知物体与地面间的动摩擦因数为0.2,最大静摩擦力视为与滑动摩擦力相等.求:
(1)撤去拉力前,物体加速度的大小;
(2)撤去拉力时,物体瞬时速度的大小;
(3)撤去拉力后,物体还能滑行的距离.
正确答案
解:(1)撤去拉力前,设物体加速度为a,物体水平方向受力为:F-f=ma
竖直方向:f=μmg
代入数据得:a=4m/s2
(2)撤去拉力时,物体瞬时速度的大小:v=at=4×2=8m/s;
(3)撤去拉力后,物体做匀减速直线运动,加速度为:
撤去拉力后,物体还能滑行的距离:
答:(1)撤去拉力前,物体加速度的大小为4m/s2;
(2)撤去拉力时,物体瞬时速度的大小为8m/s;
(3)撤去拉力后,物体还能滑行的距离为16m.
解析
解:(1)撤去拉力前,设物体加速度为a,物体水平方向受力为:F-f=ma
竖直方向:f=μmg
代入数据得:a=4m/s2
(2)撤去拉力时,物体瞬时速度的大小:v=at=4×2=8m/s;
(3)撤去拉力后,物体做匀减速直线运动,加速度为:
撤去拉力后,物体还能滑行的距离:
答:(1)撤去拉力前,物体加速度的大小为4m/s2;
(2)撤去拉力时,物体瞬时速度的大小为8m/s;
(3)撤去拉力后,物体还能滑行的距离为16m.
(2015秋•南充期末)如图所示,在前进车厢的竖直后壁上放一个物体,物体与壁间的动摩擦因数为0.5,要使物体不致下滑(最大静摩擦力等于滑动摩擦力),车厢前进的加速度至少为______m/s2.(重力加速度为10m/s2)
正确答案
解:设物体的质量为m,在竖直方向上,由平衡条件得:mg=f,
摩擦力:f=μFN,FN为物体所受水平弹力.在水平方向上,由牛顿第二定律得:FN=ma.
解得:a=m/s2=20 m/s2.
故答案为:20
解析
解:设物体的质量为m,在竖直方向上,由平衡条件得:mg=f,
摩擦力:f=μFN,FN为物体所受水平弹力.在水平方向上,由牛顿第二定律得:FN=ma.
解得:a=m/s2=20 m/s2.
故答案为:20
如图所示,三个质量相同的物块A、B、C,用两个轻弹簧和一轻绳相连,挂在天花板上,处于平衡状态.现将A、B之间的轻线剪断,在刚剪断后的瞬间,三个物体的加速度分别是(加速度的方向以竖直向下为正):A的加速度aA=______;B的加速度aB=______;C的加速度aC=______.
正确答案
-2g
2g
0
解析
解:抓住剪断绳的瞬间,绳的弹力立即消失,而弹簧弹力瞬间不变,所以分析:
对A受力分析有:
剪断前平衡有:F=mg+F绳 ①
剪断瞬间:aA==
; ②
对B进行受力分析有:
剪断前平衡有:F绳=mg+F弹BC ③
剪断瞬间有:aB=④
对C进行受力分析有:
剪断前平衡:F弹BC=mg ⑤
剪断瞬间:aC=⑥
由⑤⑥知C的加速度为aC=0;
把⑤代入④得B的加速度aB=2g,方向向下
把⑤和③代入②得A的加速度大小为aA=2g,方向向上
因为取向下为正方向
故答案为:-2g,2g,0
如图甲所示,质量M=1kg的薄木板静止在水平面上,质量m=1kg的铁块静止在木板的右端,可视为质点.设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取g=10m/s2.现给铁块施加一个水平向左的力F.
(1)若力F从零开始逐渐增加,且铁块始终在木板上没有掉下来.铁块受到的摩擦力f随力F大小变化的图象如图乙所示,求木板与水平面间的动摩擦因数μ1,铁块与木板之间的动摩擦因数μ2;
(2)在第(1)问的基础上,若力F为恒力4N,作用1s后撤去F,最终发现铁块恰好能运动到木板的左端,求木板的长度L.
正确答案
解:(1)从图乙中可以看出,当F从3N逐渐增加到4.5N时,f不变,说明此时的f是滑动摩擦力,即f=μ2mg=2
可得:μ2==0.2
根据分析还可以知道,当力F从1N逐渐增加到3N时,铁块和木板相对静止,并且一起加速运动,以F=3N为例,此时铁块所受摩擦力为f=2N,因此可求出铁块的加速度为:am==
=1 m/s2
对于木板,它的加速度此时也为这个值aM=am
即:MaM=f-μ1(mg+Mg)
可得:μ1==0.05
(2)F=4N时,铁块的加速度为:am==
=2m/s2
木板的加速度为:aM=1 m/s2
因此1s后,Sm=amt2=
=1 m
vm=amt=2m/s
SM=aMt2=
=0.5 m
vM=aMt=1m/s
此时铁块在木板上滑动了L1=0.5m
这之后,铁块减速,其加速度为:a′m=μ2g=2m/s2
木板加速,其加速度为:a′M=1 m/s2
共速时,vm-a′mt′=vM+a′M t′
得t′=s,共速的速度为
m/s
从撤去力F到共速期间,铁块的位移:S′m= m,
木板的位移:S′M= m
这段时间的相对位移为:L2=m
共速后,铁块与木板相对静止,一起减速到零,因此木板长度:
L=L1+L2=0.5+=
m
答:(1)木板与水平面间的动摩擦因数0.05,铁块与木板之间的动摩擦因数0.2;
(2)木板的长度m.
解析
解:(1)从图乙中可以看出,当F从3N逐渐增加到4.5N时,f不变,说明此时的f是滑动摩擦力,即f=μ2mg=2
可得:μ2==0.2
根据分析还可以知道,当力F从1N逐渐增加到3N时,铁块和木板相对静止,并且一起加速运动,以F=3N为例,此时铁块所受摩擦力为f=2N,因此可求出铁块的加速度为:am==
=1 m/s2
对于木板,它的加速度此时也为这个值aM=am
即:MaM=f-μ1(mg+Mg)
可得:μ1==0.05
(2)F=4N时,铁块的加速度为:am==
=2m/s2
木板的加速度为:aM=1 m/s2
因此1s后,Sm=amt2=
=1 m
vm=amt=2m/s
SM=aMt2=
=0.5 m
vM=aMt=1m/s
此时铁块在木板上滑动了L1=0.5m
这之后,铁块减速,其加速度为:a′m=μ2g=2m/s2
木板加速,其加速度为:a′M=1 m/s2
共速时,vm-a′mt′=vM+a′M t′
得t′=s,共速的速度为
m/s
从撤去力F到共速期间,铁块的位移:S′m= m,
木板的位移:S′M= m
这段时间的相对位移为:L2=m
共速后,铁块与木板相对静止,一起减速到零,因此木板长度:
L=L1+L2=0.5+=
m
答:(1)木板与水平面间的动摩擦因数0.05,铁块与木板之间的动摩擦因数0.2;
(2)木板的长度m.
从空中落下的质量是0.01kg的小球经A、B两点用了0.5s.如测得小球在A点的速度是4.5m/s,在B点的速度是9.0m/s,求小球在下落过程中受到的空气阻力的大小?
正确答案
解:小球经A、B两点用了0.5s,在A点的速度是4.5m/s,在B点的速度是9.0m/s,故加速度为:
a=
小球受重力和阻力,根据牛顿第二定律,有:
mg-f=ma
解得:f=m(g-a)=0.01×(10-9)=0.01N
答:小球在下落过程中受到的空气阻力的大小为0.01N.
解析
解:小球经A、B两点用了0.5s,在A点的速度是4.5m/s,在B点的速度是9.0m/s,故加速度为:
a=
小球受重力和阻力,根据牛顿第二定律,有:
mg-f=ma
解得:f=m(g-a)=0.01×(10-9)=0.01N
答:小球在下落过程中受到的空气阻力的大小为0.01N.
一辆汽车的质量是1.0×103kg,行驶速度是15m/s紧急刹车时受到的阻力是6.0×103N,刹车后5.0s内的位移为______m.
正确答案
18.7
解析
解:(1)物体受重力、支持力和阻力,根据牛顿第二定律,有f阻=ma
解得:
设汽车从刹车到停止的时间为t,
有:
刹车后4s汽车已停下,所以5s内汽车通过的位移等于运动总位移,为:
故答案为:18.7.
如图所示,一个质量为2kg的物体静止在光滑水平面上.现沿水平方向对物体施加8N的拉力,g取10m/s2,求:
(1)物体运动时加速度的大小;
(2)物体运动3s时速度的大小;
(3)物体从开始运动到位移为8m时经历的时间.
正确答案
解:(1)如图,对物体进行受力分析有:
可知物体受到合力F合=F
根据牛顿第二定律知,物体产生的加速度为:
=4m/s2
(2)根据速度时间关系知,物体3s末的速度为:
v=at=4×3m/s=12m/s;
(3)根据位移时间关系知,物体产生位移8m时所经历的时间满足:
所以与:
答:(1)物体运动时加速度的大小为4m/s2;
(2)物体运动3s时速度的大小为12m/s;
(3)物体从开始运动到位移为8m时经历的时间为2s.
解析
解:(1)如图,对物体进行受力分析有:
可知物体受到合力F合=F
根据牛顿第二定律知,物体产生的加速度为:
=4m/s2
(2)根据速度时间关系知,物体3s末的速度为:
v=at=4×3m/s=12m/s;
(3)根据位移时间关系知,物体产生位移8m时所经历的时间满足:
所以与:
答:(1)物体运动时加速度的大小为4m/s2;
(2)物体运动3s时速度的大小为12m/s;
(3)物体从开始运动到位移为8m时经历的时间为2s.
(2015秋•秦皇岛校级期中)倾角为θ的斜面固定在水平面上,一小物块在平行斜面向上的拉力F作用下能沿斜面匀速上滑.如果改为对物块施加沿斜面向下的大小为的推力,物块能沿斜面匀速下滑,则物块与斜面间的动摩擦因数为( )
正确答案
解析
解:物体做匀速直线运动,处于平衡状态,由平衡条件得:
向上滑动时:F=mgsinθ+μmgcosθ,
向下滑动时:mgsinθ+=μmgcosθ,
解得,动摩擦因数:μ=3tanθ;
故选:C.
如图所示,质量分别为M和m的两个小物块用轻绳连接,绳跨过斜面顶端的轻定滑轮,绳平行于斜面,滑轮与转轴之间的摩擦不计,已知M=2m.开始时,用手托物块M,使M离水平面的高度为h=0.5m,物块m静止在斜面底端.撤去手,使M和m从静止开始做匀加速直线运动,经过t=0.5s,M落到水平面上,停止运动,由于绳子松弛,之后物块m不再受到绳子的拉力作用.求:(g取10m/s2)
(1)物块M竖直向下运动过程加速度的大小;
(2)物块m沿斜面运动的最大距离?(假设斜面足够长)
正确答案
解:(1)根据匀变速直线运动的位移时间公式得,h=at2
代入数据解得:a=4m/s2
(2)对M:Mg-T=Ma
对m:T-mgsinα-f=ma
绳子松弛后,对m:mgsinα+f=maˊ
代入数据,联立三式解得aˊ=8m/s2
M着地时m的速度υ=at=2m/s,
m继续滑行的距离s==
,
sm=h+s=0.75m.
答:(1)物块M竖直向下运动过程加速度的大小为4m/s2.
(2)物块m沿斜面运动的最大距离为0.75m.
解析
解:(1)根据匀变速直线运动的位移时间公式得,h=at2
代入数据解得:a=4m/s2
(2)对M:Mg-T=Ma
对m:T-mgsinα-f=ma
绳子松弛后,对m:mgsinα+f=maˊ
代入数据,联立三式解得aˊ=8m/s2
M着地时m的速度υ=at=2m/s,
m继续滑行的距离s==
,
sm=h+s=0.75m.
答:(1)物块M竖直向下运动过程加速度的大小为4m/s2.
(2)物块m沿斜面运动的最大距离为0.75m.
如图所示,水平光滑绝缘杆从物体A中心的孔穿过,A的质量为M,用绝缘细线将另一质量为m的小球B与A连接,M>m,整个装置所在空间存在水平向右的匀强电场E.现仅使B带正电且电荷量大小为Q,发现A、B一起以加速度a向右运动,细线与竖直方向成α角.若仅使A带负电且电荷量大小为Q’,则A、B一起以加速度a′向左运动时,细线与竖直方向也成α角,则( )
正确答案
解析
解:当B带正电荷时分别对AB受力分析,由牛顿第二定律可知
对B:QE-mgtanα=ma ①
对A:mgtanα=Ma ②
当A带负电荷时分别对AB受力分析,由牛顿第二定律可知
mgtanα=ma′③
Q′E-mgtanα=Ma′④
由①②③④联立解得
a=
a′=gtanα
Q′=mgtanα+Mgtanα
因M>m,故a′>a,Q′>Q
故选:D
在一次抗洪抢险活动中,解放军某部利用直升机抢救一重要落水物体.静止在空中的直升机上,电动机通过悬绳将物体从离飞机90m处的洪水中吊到机舱里.已知物体的质量为80kg,吊绳的拉力不能超过1200N,电动机的最大输出功率为12kW.为尽快把物体安全救起,操作人员采取的办法是,先让吊绳以最大的拉力工作一段时间,而后电动机又以最大功率工作,当物体到达机舱时恰好达到最大速度.求:
(1)落水物体刚到达机舱时的速度;
(2)这一过程所用的时间.(g取10m/s2)
正确答案
解:(1)第一阶段以最大拉力拉着物体匀加速上升,当电动机达到最大功率时,功率保持不变,物体变加速上升,速度增大,拉力减小,当拉力与重力相等时速度达到最大.此时有:Pm=mgvm
代入数据解得
此速度也是物体到达机舱的速度.
故落水物体刚到达机舱时的速度为15m/s.
(2)对于第一段匀加速,加速度设为a,末速设为v1,上升高度h1,则有:
Fm-mg=ma
Pm=Fmv1
v1=a1t1
代入数据解得:v1=10m/s,t1=2s,h1=10m
第二段,以最大功率上升,由动能定理得:
解得t2=5.75s
所以吊起落水物体所用总时间为t=t1+t2=7.75s
故这一过程所用的时间为7.75s.
解析
解:(1)第一阶段以最大拉力拉着物体匀加速上升,当电动机达到最大功率时,功率保持不变,物体变加速上升,速度增大,拉力减小,当拉力与重力相等时速度达到最大.此时有:Pm=mgvm
代入数据解得
此速度也是物体到达机舱的速度.
故落水物体刚到达机舱时的速度为15m/s.
(2)对于第一段匀加速,加速度设为a,末速设为v1,上升高度h1,则有:
Fm-mg=ma
Pm=Fmv1
v1=a1t1
代入数据解得:v1=10m/s,t1=2s,h1=10m
第二段,以最大功率上升,由动能定理得:
解得t2=5.75s
所以吊起落水物体所用总时间为t=t1+t2=7.75s
故这一过程所用的时间为7.75s.
一辆质量为20kg的小车,在水平拉力60N的作用下,产生的加速度大小为2m/s2,运动一段时间后突然改变拉力方向与原来相反,大小不变,则这时小车的加速度大小为______m/s2,方向与原来的加速度方向______(填相同或相反).
正确答案
2
相反
解析
解:由牛顿第二定律可知:F-f=ma
解得:f=60-20×2=20N;
力反向后,合力F合=F+f=60+20=80N;
则由a=可得:
a==4m/s2;
方向与原来的运动方向相反;
故答案为:4;相反.
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