- 牛顿运动定律
- 共29769题
如图所示,在光滑的水平地面上,质量分别为m1和m2的木块A和B之间用轻弹簧相连,在拉力F作用下,AB共同以加速度a做匀加速直线运动,某时刻突然撤去拉力F,此瞬间A和B的加速度大小为a1和a2,则( )
正确答案
解析
解:力F作用时,
对A有:F弹=m1a
对B有F-F弹=m2a
当突然撤去推力F的瞬间,弹簧弹力没有发生改变,对B受力分析有:
-F弹=m2a2
解得:
A受到弹力作用,撤去F的瞬间弹簧的弹力不变,所以A的加速度不变,仍为a.选项ABC错误,D正确.
故选:D
一光滑斜面全长18米,一小球自斜面顶端由静止开始释放,经3秒到达斜面底端,若在该球释放的同时,有第二个球以一定的初速度沿斜面从底端向上运动,在滚动一段距离后再向下滚动,结果与第一个球同时到达斜面底端,求第二个小球上滚时的初速度.
正确答案
解:根据x=at2
得:a==
=4m/s2
第二个小球上滑和下滑的时间相等,可知第二个小球上滑的时间为1.5s,
则初速度:v=at=4×1.5=6m/s
答:第二个小球上滚的初速度为6m/s.
解析
解:根据x=at2
得:a==
=4m/s2
第二个小球上滑和下滑的时间相等,可知第二个小球上滑的时间为1.5s,
则初速度:v=at=4×1.5=6m/s
答:第二个小球上滚的初速度为6m/s.
如图所示,用AB、BC两根细绳把质量为m=1kg的小球悬挂于车内,当小车向右做水平匀速直线运动时,AB绳与竖直方向的夹角为α=37°、BC绳与竖直方向的夹角为β=45°.当小车以a=6m/s2的加速度向右水平行驶时,AB绳受到的拉力大小为______N;若小车以a=-12m/s2的加速度向右水平行驶,BC绳受到的拉力大小为______N.
正确答案
15.6
解析
解:(1)当小车加速时有可能小球飘起,临界加速度为0,
tan=0,
0=10m/s2,
现0,故小球没有飘起,BC受力,
sin=,
cos=,
=N
(2)若小车以a=-12m/s2的加速度向右水平行驶
现0,故小球飘起,AB不受力
现>0,故小球飘起,BC不受力,
sin′=,
cos′=,
=15.6N
故答案为:,15.6.
如图所示,在光滑水平桌面上放有长木板C,在C上左端和距左端x处各放有小物块A和B,A、B的体积大小可忽略不计,A,B与长木板C间的动摩擦因数均为μ、A、B、C的质量均为m,开始时,B、C静止,A以某一初速度v0向右运动,设物体B与板C之间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力.求:
(1)物体A运动过程中,物块B受到的摩擦力大小.
(2)要使物块A、B相碰,物块A的初速度v0应满足的条件.
正确答案
解:(1)设A在C板上滑动时,B相对于C板不动,则对B、C有
μmg=2ma
a=
又B依靠摩擦力能获得的最大加速度为 am==μg
因为am>a
所以B未相对C滑动而随木板C向右做加速运动
B受到的摩擦力fb=ma=μmg 方向向右;
(2)要使物块A刚好与物块B发生碰撞,物块A运动到物块B处时,A、B的速度相等,即v1=v0-μgt=μgt
得v1=
设木板C在此过程中的位移为x1,则物块A的位移为x1+x,由动能定理
-μmg(x1+x)=mv12-
mv02
μmgx1=(2m)v12
联立上述各式解得v0=
要使物块A、B发生相碰的条件是v0>
答:(1)物体A运动过程中,物块B受到的摩擦力为.
(2)要使物块A、B相碰,物块A的初速度v0应满足的条件为v0>.
解析
解:(1)设A在C板上滑动时,B相对于C板不动,则对B、C有
μmg=2ma
a=
又B依靠摩擦力能获得的最大加速度为 am==μg
因为am>a
所以B未相对C滑动而随木板C向右做加速运动
B受到的摩擦力fb=ma=μmg 方向向右;
(2)要使物块A刚好与物块B发生碰撞,物块A运动到物块B处时,A、B的速度相等,即v1=v0-μgt=μgt
得v1=
设木板C在此过程中的位移为x1,则物块A的位移为x1+x,由动能定理
-μmg(x1+x)=mv12-
mv02
μmgx1=(2m)v12
联立上述各式解得v0=
要使物块A、B发生相碰的条件是v0>
答:(1)物体A运动过程中,物块B受到的摩擦力为.
(2)要使物块A、B相碰,物块A的初速度v0应满足的条件为v0>.
如图,质量M=8kg的小车停放在光滑水平面上,在小车右端施加一水平恒力F1=16N,当小车向右运动速度达到3m/s时,在小车的右端轻放一质量为m=2kg的小物块,物块与小车间的动摩擦因数μ=0.4,假定小车足够长,g=10m/s2,问:
(1)小物块刚放上小车时,小物块及小车的加速度各为多大?
(2)经过多长时间物块停止与小车的相对运动?
(3)小物块从放在车上开始经过t0=3s所通过的位移是多少?
(4)达到相同速度时,若水平恒力立即变为F2=25N,请通过计算说明物块会从小车左端掉下吗?
正确答案
解(1)对物块:μmg=ma1,得a1=4m/s2
对小车:F-μmg=Ma2,得a2=1m/s2
(2)物块在小车上停止相对滑动时,速度相同
则有:a1t1=υ0+a2t1
得t1=1s
(3)t1物块位移x1==2a1t12
t1时刻物块速度υ1=a1t1=4m/s
t1后M、m有相同的加速度,对M、m整体有:F=(M+m)a3,得a3=1.6m/s2
则x2=υ1(t-t1)+a3(t0-t1)2=11.2m
则3S内物块位移x=x1+x2=13.2m
(4)两者恰好不发生相对滑动时,对m有:
fm=mam得am=4m/s2
对整体有:F0=(m+M)am=40N
由于F2<F0,故不会从左端掉下来.
答:(1)小物块刚放上小车时,小物块及小车的加速度各为a1=4m/s2 a2=1m/s2
(2)经过1S长时间物块停止与小车的相对运动
(3)小物块从放在车上开始经过t0=3s所通过的位移是13.2m
(4)达到相同速度时,不会从左端掉下来.
解析
解(1)对物块:μmg=ma1,得a1=4m/s2
对小车:F-μmg=Ma2,得a2=1m/s2
(2)物块在小车上停止相对滑动时,速度相同
则有:a1t1=υ0+a2t1
得t1=1s
(3)t1物块位移x1==2a1t12
t1时刻物块速度υ1=a1t1=4m/s
t1后M、m有相同的加速度,对M、m整体有:F=(M+m)a3,得a3=1.6m/s2
则x2=υ1(t-t1)+a3(t0-t1)2=11.2m
则3S内物块位移x=x1+x2=13.2m
(4)两者恰好不发生相对滑动时,对m有:
fm=mam得am=4m/s2
对整体有:F0=(m+M)am=40N
由于F2<F0,故不会从左端掉下来.
答:(1)小物块刚放上小车时,小物块及小车的加速度各为a1=4m/s2 a2=1m/s2
(2)经过1S长时间物块停止与小车的相对运动
(3)小物块从放在车上开始经过t0=3s所通过的位移是13.2m
(4)达到相同速度时,不会从左端掉下来.
如图所示,质量均为m的A、B两木块之间用轻弹簧相连,在拉力F的作用下,A、B两木块以相同加速度g竖直向上作匀加速直线运动,某时刻突然撤去拉力F,设此时A和B的加速度大小分别为aA和aB,则( )
正确答案
解析
解:对A分析,根据牛顿第二定律得,F弹-mg=mg,解得弹簧的弹力F弹=2mg,
撤去F的瞬间,弹簧的弹力不变,隔离对B分析,B的加速度=3g,
隔离对A分析,.故C正确,A、B、D错误.
故选:C.
质量为M=2kg、长为L=5m的薄木板,在水平向右的力F=10N作用下,以v0=6m/s的速度匀速运动.某时刻将质量为m=1kg的铁块(可看成质点)轻轻地放在木板的最右端,水平拉力F不变,木板与铁块的动摩擦因数为μ1=0.1.(g=10m/s2.)
(1)木板与地面的动摩擦因数μ2
(2)刚放上铁块后铁块的加速度a1、木板的加速度a2.
(3)通过计算判断铁块是否会从木板上掉下去,若不掉下去计算木板从放上铁块后到停止运动的总时间.
正确答案
解:(1)木板匀速运动,由平衡条件可得:
F=μ2Mg
解得:μ2=0.5
(2)放上铁块后,铁块的加速度为:a1=μ1g=1m/s2铁块将向右加速运动.
木板的加速度为:木板将减速运动.
(3)若铁块不掉下去,当二者速度相同时有:V=a1t=v0+a2t
解得:t=1.5s V=1.5m/s
相对位移为:,可见铁块不会掉下去.
以后M的加速度为:
m的加速度为:a4=-μ1g=-1m/s2M减速到0.
总时间t+t‘=2.25s
答:(1)木板与地面的动摩擦因数μ2为0.5;
(2)刚放上铁块后铁块的加速度a1为1m/s2,木板的加速度a2为-3m/s2;
(3)不会掉下去,木板从放上铁块后到停止运动的总时间为2.25s.
解析
解:(1)木板匀速运动,由平衡条件可得:
F=μ2Mg
解得:μ2=0.5
(2)放上铁块后,铁块的加速度为:a1=μ1g=1m/s2铁块将向右加速运动.
木板的加速度为:木板将减速运动.
(3)若铁块不掉下去,当二者速度相同时有:V=a1t=v0+a2t
解得:t=1.5s V=1.5m/s
相对位移为:,可见铁块不会掉下去.
以后M的加速度为:
m的加速度为:a4=-μ1g=-1m/s2M减速到0.
总时间t+t‘=2.25s
答:(1)木板与地面的动摩擦因数μ2为0.5;
(2)刚放上铁块后铁块的加速度a1为1m/s2,木板的加速度a2为-3m/s2;
(3)不会掉下去,木板从放上铁块后到停止运动的总时间为2.25s.
水平传送带被广泛地应用于机场和火车站,用于对旅客的行李进行安全检查.如图所示为一水平传送带装置示意图,紧绷的传送带AB始终保持v=1m/s的恒定速率运行.旅客把行李无初速度地放在A处,设行李与传送带之间的动摩擦因数μ=0.1,AB间的距离为2m,g取10m/s2.若乘客把行李放到传送带的同时也以v=1m/s的恒定速度平行于传送带运动去B处取行李,则( )
正确答案
解析
解:A、B、C、由牛顿第二定律,得 μmg=ma得 a=1m/s2.设行李做匀加速运动的时间为t,行李加速运动的末速度为v=1m/s.由v=at1 代入数值,得t1=1s,匀加速运动的位移大小为
x=a
=0.5m,匀速运动的时间为t2=
=1.5s,行李从A到B的时间为t=t1+t2=2.5s.
而乘客一直做匀速运动,从A到B的时间为t人==2s.故乘客提前0.5 s到达B.故A、B、C均错误;
D、若行李一直做匀加速运动时,运动时间最短.由L=a
,解得,最短时间tm=2s.故D正确.
故选D.
一物块从倾角为θ、长为s的斜面的顶端由静止开始下滑,物块与斜面间的动摩擦因数为μ,求物块滑到斜面底端所需的时间.
正确答案
解:设物块质量为m,加速度为a,物块受力情况如图所示,
mgsinθ-f=ma,
N-mgcosθ=0,
f=μN,
联立三式解得 a=gsinθ-μgcosθ
由 s=
.
解析
解:设物块质量为m,加速度为a,物块受力情况如图所示,
mgsinθ-f=ma,
N-mgcosθ=0,
f=μN,
联立三式解得 a=gsinθ-μgcosθ
由 s=
.
地面上有一物体重为G,今用竖直向上的拉力F作用于物体上.图Ⅰ、Ⅱ分别为G和F在0到25s内随时间变化的图象,则加速度a和速度v随时间t在0到25s内的变化图象是( )
正确答案
解析
解:A、B、0-5s,拉力为10N,小于重力,物体不动,故加速度为零;
5-10s,拉力等于重力,加速度为零,物体保持静止;
10-15s内,加速度为:a2==10m/s2,故15s末速度为:v=at=10×5=50m/s;
15s到20s,拉力逐渐减小,物体先做加速运动后减速前进;
20s-25s,物体做竖直上抛运动,加速度为-g;
故A正确,B错误;
C、D、由于△v=a•△t,故a-t图象与坐标轴包围的面积表示速度变化,故25s速度恰好减为零,故C正确,D错误;
故选:AC.
质量为m=2kg的物体,放在水平面上,它们之间的动摩擦因数μ=0.5,现对物体施水平向右F=20N的作用力,如图所示,物体运动4s后撤去力F到物体再停止时,
(1)撤去拉力后再经过多少时间物体停止
(2)通过的总路程是多少?
正确答案
解:根据牛顿第二定律得:a1==
m/s2=5m/s2.
物体做匀减速直线运动的加速度:a2==μg=5m/s2.
前4s内的位移:x1==
×5×16m=40m
4s末的速度:v=a1t=20m/s
减速时间:
则物体做匀减速直线运动的位移:
x2==
=40m
则总路程:s=x1+x2=80m.
答:(1)撤去拉力后再经过4s时间物体停止;
(2)通过的总路程是80m.
解析
解:根据牛顿第二定律得:a1==
m/s2=5m/s2.
物体做匀减速直线运动的加速度:a2==μg=5m/s2.
前4s内的位移:x1==
×5×16m=40m
4s末的速度:v=a1t=20m/s
减速时间:
则物体做匀减速直线运动的位移:
x2==
=40m
则总路程:s=x1+x2=80m.
答:(1)撤去拉力后再经过4s时间物体停止;
(2)通过的总路程是80m.
如图所示,质量为m=1kg的物体,受到大小为8N且平行于斜面向上的力F的作用,沿倾角α=37°的斜面以v=16m/s的速度向上做匀速运动.求将力F撤去后3s内物体通过的位移.(g取10m/s2)
正确答案
解:设将力F撤去后3s内物体通过的位移是s.当物体匀速向上运动时,物体受力如图1所示,则有:
mg•sin37°+F2=F,F2=μF1
所以:F2=F-mgsin37°=8-10×0.6N=2N
F1=mgcos37°=8N
则得到μ═0.25.
设物体速度减为零所需时间为t,由牛顿第二定律有:F合=mgsinθ+μmgcosθ=ma1
则:a1=g(sinθ+μcosθ)=10(0.6+0.25×0.8)m/s2=8m/s2
由a1t=v得:t=2s
所以经过2s后物体的速度减为零,这段时间内位移为:
s1==
×8×4m=16m
此后物体向下加速运动,此时受力如图2所示,根据牛顿第二定律,有:
mgsim37°-μmgcos37°=ma2
得,物体下滑的加速度为:a2=g(sin37°-μcos37°)=4m/s2.
最后1s运动的位移为:s2==
×4×1m=2m
所以总位移为:s=s1+s2═16-2m=14m,方向向上
所以将力撤去3s内物体的位移是14m,方向沿斜面向上.
答:将力F撤去后3s内物体通过的位移是14m,方向沿斜面向上.
解析
解:设将力F撤去后3s内物体通过的位移是s.当物体匀速向上运动时,物体受力如图1所示,则有:
mg•sin37°+F2=F,F2=μF1
所以:F2=F-mgsin37°=8-10×0.6N=2N
F1=mgcos37°=8N
则得到μ═0.25.
设物体速度减为零所需时间为t,由牛顿第二定律有:F合=mgsinθ+μmgcosθ=ma1
则:a1=g(sinθ+μcosθ)=10(0.6+0.25×0.8)m/s2=8m/s2
由a1t=v得:t=2s
所以经过2s后物体的速度减为零,这段时间内位移为:
s1==
×8×4m=16m
此后物体向下加速运动,此时受力如图2所示,根据牛顿第二定律,有:
mgsim37°-μmgcos37°=ma2
得,物体下滑的加速度为:a2=g(sin37°-μcos37°)=4m/s2.
最后1s运动的位移为:s2==
×4×1m=2m
所以总位移为:s=s1+s2═16-2m=14m,方向向上
所以将力撤去3s内物体的位移是14m,方向沿斜面向上.
答:将力F撤去后3s内物体通过的位移是14m,方向沿斜面向上.
质量为m=0.5kg、长L=1m的平板车B静止在光滑水平面上.某时刻质量M=1kg的物体A(视为质点)以v0=4m/s向右的初速度滑上木板B的上表面,在A滑上B的同时,给B施加一个水平向右的拉力.已知A与B之间的动摩擦因数µ=0.2,取重力加速度g=10m/s2.试求:
(1)若F=5N,物体A在小车上运动时相对小车滑行的最大距离;
(2)如果要使A不至于从B上滑落,拉力F大小应满足的条件.
正确答案
解:(1)物体A滑上木板B以后,作匀减速运动,
有µmg=maA得aA=µg=2 m/s2
木板B作加速运动,有F+µmg=MaB,
代入数据解得:aB=14 m/s2
两者速度相同时,有V0-aAt=aBt,
代入数据解得:t=0.25s
A滑行距离:SA=V0t-aAt2=
m
B滑行距离:SB=aBt2=
m
最大距离:△s=SA-SB=0.5m.
(2)物体A不滑落的临界条件是A到达B的右端时,A、B具有共同的速度v1,则:
又:,可得:aB=6m/s2
再代入F+µmg=MaB得:F=m2aB-µmg=1N
若F<1N,则A滑到B的右端时,速度仍大于B的速度,于是将从B上滑落,所以F必须大于等于1N.
当F较大时,在A到达B的右端之前,就与B具有相同的速度,之后,A必须相对B静止,才不会从B的左端滑落.即有:F=(m+M)a,µm1g=m1a
所以:F=3N
若F大于3N,A就会相对B向左滑下.
综上所述,力F应满足的条件是:1N≤F≤3N
答:(1)物体A在小车上运动时相对小车滑行的最大距离为0.5m.(2)拉力F大小应满足的条件为1N≤F≤3N.
解析
解:(1)物体A滑上木板B以后,作匀减速运动,
有µmg=maA得aA=µg=2 m/s2
木板B作加速运动,有F+µmg=MaB,
代入数据解得:aB=14 m/s2
两者速度相同时,有V0-aAt=aBt,
代入数据解得:t=0.25s
A滑行距离:SA=V0t-aAt2=
m
B滑行距离:SB=aBt2=
m
最大距离:△s=SA-SB=0.5m.
(2)物体A不滑落的临界条件是A到达B的右端时,A、B具有共同的速度v1,则:
又:,可得:aB=6m/s2
再代入F+µmg=MaB得:F=m2aB-µmg=1N
若F<1N,则A滑到B的右端时,速度仍大于B的速度,于是将从B上滑落,所以F必须大于等于1N.
当F较大时,在A到达B的右端之前,就与B具有相同的速度,之后,A必须相对B静止,才不会从B的左端滑落.即有:F=(m+M)a,µm1g=m1a
所以:F=3N
若F大于3N,A就会相对B向左滑下.
综上所述,力F应满足的条件是:1N≤F≤3N
答:(1)物体A在小车上运动时相对小车滑行的最大距离为0.5m.(2)拉力F大小应满足的条件为1N≤F≤3N.
一物块m从某曲面上的Q点自由滑下,通过一粗糙的静止传送带后,落到地面P点(如图),若传送带的皮带轮沿逆时针方向转动起来,使传送带也随之运动,再把该物块放到Q点自由滑下,那它落在______(填:P点,P点左边,P点右边)
正确答案
P点
解析
解:无论传送带静止,还是转动起来,物体m所受的都是滑动摩擦力,方向大小都一样,其次物体滑过传送带经过的位移就是传送带两轮之间的长度,故两次下滑在传送带上的位移也是一样的,故传送带对物体m做的功两次相等.又两次释放点相同,故两次重力做的功相同,故两次下滑力对物体做的总功相同.由动能定理,对从Q下滑到从传送带平抛出去:,可知两次平抛初速度相同,由平抛规律:x=v0t,
,可知其水平和竖直位移都一样,故落地点也应一样,故仍在P点.
故答案为:P点
如图所示,有A、B两物体,mA=2mB,用细绳连接后放在光滑的斜面上,在它们下滑的过程中( )
正确答案
解析
解:A、B、对整体受力分析可知,整体受重力、弹力;将重力沿斜面和垂直于斜面进行分析,则支持力与重力垂直于斜面的分力相平衡;合外力:F=(mA+mB)gsinθ;
由牛顿第二定律可知:
(mA+mB)gsinθ=(mA+mB)a
解得:a=gsinθ;故A正确,B错误;
C、D、对物体B分析,可知物体B受到的合力:
F′=mBa=mBgsinθ;
F=T+mBgsinθ
故说明细绳的张力为零;故C正确,D错误;
故选:AC.
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