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简答题

一辆汽车正在以c=20m/s的速度在平直路面匀速行驶,突然,司机看见车的正前方,处有一位静止站立的老人,司机立即采取制动措施.此过程汽车运动的速率随时间的变化规律如图所示,g取10m/s2,求:

(1)s至少多大时,老人是安全的;(设老人在整个过程都静止不动)

(2)汽车与地面的动摩擦因数.(刹车过程空气阻力不计)

正确答案

(1)由图可知,司机刹车过程有0.5s的反应时间,

在这0.5s内的位移:s1=vt1=20×0.5m=10m

制动后汽车前进的位移s2===m=40m

刹车过程汽车前进的总位移为s=s1+s2=50m

(2)由图可知,制动后汽车的加速度为

a==m/s2=-5m/s2

根据牛顿第二定律得:-μmg=ma

带入数据得:μ=0.5

(1)s至少为50m时,老人是安全的;

(2)汽车与地面的动摩擦因数为0.5.

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如图所示,为一水平传送带.若传送带始终保持v=1m/s的恒定速度运行,一质量m=4kg的行李无初速地放在A处,传送带对行李的滑动摩擦力使行李开始运动,设行李与传送带间的动摩擦因数μ=0.1,A、B间距离L=2m.求:

(1)行李刚开始运动时的加速度大小;

(2)行李从A处运动到B处所用的时间.

正确答案

(1)根据牛顿第二定律得,行李的加速度a==μg=1m/s2

(2)行李做匀加速直线运动的时间t1==s=1s.

匀加速直线运动的位移x1=at12=0.5m

则匀速直线运动的时间t2==s=1.5s

则行李从A处运动到B处所用的时间t=t1+t2=2.5s.

答;(1)行李刚开始运动时的加速度大小为1m/s2

(2)行李从A处运动到B处所用的时间为2.5s.

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如图所示,绷紧的传送带,始终以2m/s的速度匀速斜向上运行,传送带与水平方向间的夹角θ=30°.现把质量为lOkg的工件轻轻地无初速度放在传送带底端P,由传送带传送至顶端Q,已知PQ之间的距离为4m,工件与传送带间的动摩擦因数为,取g=10m/s2

(1)通过计算说明工件在传送带上做什么运动?

(2)求工件从P点运动到Q点所用的时间.

正确答案

(1)工件刚放上传送带,受力如图:

垂直传送带由平衡得:

N=mgcosθ ①

沿传送带由牛顿第二定律得:f-mgsin=ma. ②

f=μN③

由①②③得:a=2.5 m/s2

设工件达到2m/s位移为s,则s═0.8(m)<4 m

然后工件做匀速运动到Q端,工件先做匀加速运动再做匀速运动.

(2)工件匀加速运动的时间为:t1═0.8(s)

工件匀速运动的时间为t2═1.6(s)

工件从P点运动到Q点所用时间为:T=t1+t2=2.4(s)

答:(1)工件先做匀加速运动再做匀速运动.

(2)工件从P点运动到Q点所用的时间2.4s.

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在2012年珠海航展中,歼10的精彩表演再次为观众献上了视觉盛宴.经查阅资料,歼10起飞时,质量为m=1.2×104kg,发动机的推力为F=1.2×105N,求歼10在跑道上滑行时的加速度a的大小(假设歼10做匀加速运动,阻力忽略不计).

正确答案

已知m=1.2×104kg,由题意可知歼10所受合外力为F=1.2×105N,

由牛顿第二定律:F=ma

得:a===10m/s2

答:歼10在跑道上滑行的加速度为10m/s2

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据《自然》杂志报道:最新研究显示,身体仅6mm长的昆虫沫蝉,最高跳跃高度可达70cm,这相当于标准身高男性运动员跳过210m高的摩天大楼,其跳跃能力远远超过了人们以前所认为的自然界跳高冠军--跳蚤.当沫蝉竖直起跳时,加速度可达到4000m/s2.求它起跳时对地面的压力是其体重的多少倍?(取g=10m/s2

正确答案

对沫蝉,起跳时,由牛顿第二定律

F=ma.

即:FN-mg=ma                

所以:地面的支持力FN=401mg

由牛顿第三定律,它对地面的压力大小也为体重的401倍.

答:它起跳时对地面的压力是其体重的401倍.

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一个质量为m=5kg的物体静止在水平面上,在F=40N的水平恒力作用下开始运动,已知物体与水平面间的动摩擦因数μ﹦0.2,重力加速度g=10m/s2.求:

(1)2秒末物体的速度;

(2)2秒内物体的位移.

正确答案

(1)根据牛顿第二定律:a===6m/s2

根据速度时间公式:vt=v0+at=6×2=12m/s;

(2)根据位移时间公式:x=v0t+at2=×6×22=12m;

答:(1)2秒末物体的速度为12m/s;

(2)2秒内物体的位移为12m.

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作图题:

(1)一物体静止在粗糙斜面上,试在图1中作出物体的受力示意图;

(2)一质点受到两个共点力F1、F2作用,现图2中给出了F1和它们的合力F,试在图2中作出F2

(3)图3(a)为一物体运动的v-t图象,请在图3(b)中画出该运动过程的s-t图象.

正确答案

(1)物体受重力、支持力和摩擦力,受力如图所示.

(2)根据平行四边形定则作出另一个分力的大小,如图所示.

(3)在0-1s内做匀速直线运动,1-2内反向做匀速直线运动,2-3s内处于静止,4-5内做匀速直线运动,结合运动规律作出位移时间图线,如图所示.

故答案为:(1)如图1所示;(2)如图2所示,(3)如图3所示.

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质量为5×105Kg的列车以恒定的功率沿水平轨道行驶,在180s内其速度由10m/s增大到最大值15m/s,设列车所受阻力恒为2.5×104N.(g=10m/s2

求:(1)列车的功率?

(2)列车在180s内行驶多少米?

(3)若列车从静止开始保持0.2m/s2的加速度做匀加速直线运动,则这一过程能持续多长时间?

正确答案

(1)当列车最大值15m/s,此时列车匀速运动,牵引力等于阻力,所以列车的功率等于牵引力与速度的乘积;

P=FVm=fVm=3.75×105W

(2)列车前进时对其做功的力仅有牵引力与阻力,

根据动能定理:Pt-fs=m-m

解得:s=1.45×103m

(3)列车从静止开始保持0.2m/s2的加速度做匀加速直线运动,

由:F-f=ma

得:F=f+ma=1.25×105N

又因:P=FV

得:V==3m/s

由速度时间关系式得:V=at

解得:t=15s

答::(1)列车的功率为3.75×105W

(2)列车在180s内行驶1.45×103m

(3)若列车从静止开始保持0.2m/s2的加速度做匀加速直线运动,则这一过程能持15s.

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如图甲所示,质量为m=1kg的物体置于倾角为θ=37°的固定且足够长的斜面上,对物体施以平行于斜面向上的拉力F,t1=5s时撤去拉力,物体运动的v-t图象如图乙所示.试求:(g取10m/s2,sin37°=0.6)

(1)拉力F的大小.

(2)t=8s时物体的物体x的大小.

正确答案

(1)由v-t图象知力F作用时a===4m/s2

撤去力F后a′==-10m/s2

根据牛顿第二定律:F-mgsin37°-f=ma①

-mgsin37°-f=ma′②

联立①②得:F=14N,f=4N

(2)根据速度时间公式知,物体t=7s时减速到零,之后反向加速:mgsin37°-f=ma″

解得:a″=2m/s2

前7s内的位移为:×20×7=70m,

反向运动1s的位移为:a″t2=×2×12=1m

故8s内的位移为:70m-1m=69m

答:(1)拉力F的大小为14N.

(2)t=8s时物体的物体x的大小为69m.

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一质量为10kg的木楔ABC静止在粗糙的水平面上,物块与斜面动摩擦因素为0.2,在倾角为θ=37°的木楔斜面上,有一质量为1kg的物块,以初速度为v=7.6m/s开始沿斜面上滑,在这一过程中,木楔始终处于静止状态.(取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8),求:

(1)物块在斜面上运动时的加速度a;

(2)物块上升到最高点所需的时间t;

(3)在物块向上运动时地面给木楔的摩擦力f和支持力N各是多少.

正确答案

(1)物块沿斜面向上滑动的过程中,受到重力、斜面的支持力和沿斜面向下的滑动摩擦力.

根据牛顿第二定律得:

mgsinθ+μmgcosθ=ma ①

得a=g(sinθ+μcosθ)=10(0.6+0.2×0.8)=7.6m/s2

(2)由v=v0-at=0得,物块上升到最高点所需的时间 t==1s

(3)对斜面体受力分析(如图所示)并建立坐标系,在X方向上:

f=(μmgcosθ)cosθ+(mgcosθ)sinθ ②

N+(μmgcosθ)sinθ=Mg+mgcosθ•cosθ ③

由①②得f=macosθ=10×7.6×0.8N=6.08N

由①③得N=(M+m)g-masinθ=105.44N

答:

(1)物块在斜面上运动时的加速度a;

(2)物块上升到最高点所需的时间t;

(3)在物块向上运动时地面给木楔的摩擦力f和支持力N各是6.08N和105.44N.

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2008年9月25日,神舟七号飞船运用我国自行研制的长征系列火箭发射成功,28日成功着陆.经查资料:火箭和飞船总质量约44t;点火后第12s末,火箭开始向东稍偏南的方向实施程序拐弯,此时火箭距地面高度为211m.根据以上信息,问:

(1)火箭起飞过程,飞船中的宇航员是处于超重还是失重状态?

(2)假设这12s内火箭做匀加速直线运动,不计空气阻力,则火箭起飞的推进力约为多大?(取g=10m/s2,结果保留两位有效数字)

正确答案

(1)匀加速直线运动阶段,加速度方向向上,所以宇航员处于超重状态.                                      

(2)火箭起飞过程看作初速度为零的匀加速直线运动,则

h=at2                                    

得    a==2.9m/s2                             

由牛顿第二定律

F-Mg=Ma        

得   F=M(a+g)=5.7×105N                       

答:(1)宇航员处于超重状态.

(2)火箭起飞的推进力约为5.7×105N.

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如图所示,水平虚线L1、L2间的高度差h=5cm,L1的上方和L2的下方都存在垂直纸面向里的匀强磁场和竖直向上的匀强电场,下方磁场的磁感应强度是上方的倍,一带电微粒正好能在竖直平面内沿图中轨迹做周期性运动,在两磁场中的轨迹是半圆.当运动到轨迹最低点时,如果撤去电场,微粒将做匀速直线运动.取g=10m/s2

(1)说出微粒的绕行方向;

(2)分别求出微粒在两磁场中的速度大小;

(3)求出微粒在磁场中的偏转半径.

正确答案

(1)撤去电场,微粒将做匀速直线运动,粒子所受的电场力方向向上,场强也向上,则粒子带正电.微粒在磁场和电场中做匀速圆周运动,重力和电场力平衡,微粒在最低点时,所受洛伦兹力方向向上,根据左手定则判断粒子在最低点时速度向右,绕行方向为逆时针

(2)设上、下半圆中的速度相磁感应强度分别为V1,V2,B1,B2

则有B2=

2

B1,qE=mg

根据动能定理得

  m-m=mgh  ①

在上面的磁场中:qv1B1=m ②

在下面的磁场中:qv2B2=m ③

由③:②得,v2:v1=:1

代入①解得v1=1m/s     v2=m/s

(3)撤去电场后mg=qv2B2

得r====0.2m

答:

(1)微粒的绕行方向为逆时针;

(2)微粒在上下两磁场中的速度大小分别为1m/s和m/s;

(3)微粒在磁场中的偏转半径为0.2m.

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如图所示,质量m=2.2kg的金属块放在水平地板上,在与水平方向成θ=37°角斜向上、大小为F=10N的拉力作用下,以速度v=5.0m/s向右做匀速直线运动.(cos37°=0.8,sin37°=0.6,取g=10m/s2)求:

(1)金属块与地板间的动摩擦因数;

(2)如果从某时刻起撤去拉力,撤去拉力后金属块在水平地板上滑行的最大距离.

正确答案

(1)因为金属块匀速运动,受力平衡则有

Fcos37°-μ(mg-Fsin37°)=0

得μ==0.5

(2)撤去外力后金属块的加速度大小为:a=μg=5m/s2

金属块在桌面上滑行的最大距离:s==2.5m

答:(1)金属块与地板间的动摩擦因数为0.5;

(2)如果从某时刻起撤去拉力,撤去拉力后金属块在水平地板上滑行的最大距离为2.5m.

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用一根细线栓着两个光滑球.两球直径相同,质量都是2kg.在线的中点作用一个竖直向上的拉力F=60N.两球竖直向上做匀加速直线运动.两段细线的夹角θ=60°.取g=10m/s2.求两球间相互作用力的大小.

正确答案

以整体为研究对象,根据牛顿第二定律,有

F-2mg=2ma

解得a=5m/s2

以一个球为研究对象,对其受力分析,受重力,绳子的拉力T和球的弹力N,根据共点力平衡条件,有

竖直方向:Tcos30°-mg=ma

水平方向:Tsin30°-N=0

解得

N=N

即两球间相互作用力的大小为N.

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如图所示,两足够长的平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为,导轨平面与水平面的夹角=30°,导轨电阻不计,磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面向上.长为 的金属棒 垂直于MN、PQ放置在导轨上,且始终与导轨接触良好,金属棒的质量为、电阻为r=R.两金属导轨的上端连接一个灯泡,灯泡的电阻RL=R,重力加速度为g.现闭合开关S,给金属棒施加一个方向垂直于杆且平行于导轨平面向上的、大小为F=mg的恒力,使金属棒由静止开始运动,当金属棒达到最大速度时,灯泡恰能达到它的额定功率.求:

(1)金属棒能达到的最大速度vm

(2)灯泡的额定功率PL

(3)金属棒达到最大速度的一半时的加速度a;

(4)若金属棒上滑距离为L时速度恰达到最大,求金属棒由静止开始上滑4L的过程中,金属棒上产生的电热Qr

正确答案

(1)金属棒匀速运动时速度最大,则有F=mgsinθ+F

又E=BLvm、I==、F=BIL

联立解得,vm==

(2)由上得 I==

灯泡的额定功率为P=I2R=

(3)金属棒达到最大速度的一半时,速度为v=

安培力为F′=

根据牛顿第二定律得:F-mgsinθ-F′=ma

联立解得,a=-gsinθ

(4)根据能量守恒定律得:2QrQr+m+mg•4Lsinθ=F•4L

解得,QrQr=2FL-2mgLsinθ-2

答:

(1)金属棒能达到的最大速度vm

(2)灯泡的额定功率PL

(3)金属棒达到最大速度的一半时的加速度a为-gsinθ.

(4)金属棒由静止开始上滑4L的过程中,金属棒上产生的电热Qr为2FL-2mgLsinθ-2

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