- 牛顿运动定律
- 共29769题
(11分)一架军用直升机悬停在距离地面64 m的高处,将一箱军用物资由静止开始投下,如果不打开物资上的自动减速伞,物资经4s落地。为了防止物资与地面的剧烈撞击,须在物资距离地面一定高度时将物资上携带的自动减速伞打开。已知物资接触地面的安全限速为2m/s,减速伞打开后物资所受空气阻力是打开前的18倍。减速伞打开前后空气阻力均认为大小不变,忽略减速伞打开的时间,取g="10" m/s2。求
(1)减速伞打开时离地面的高度至少为多少?
(2)物资运动的时间至少为多少?
正确答案
(1)15m;(2)4.5s
(1)设物资质量为m,不打开伞的情况下,
物资经t=4s落地。由牛顿第二定律和运动学公式得
(1分)
(1分)
解得 8m/s2,
(1分)
设物资落地速度恰为v=2m/s时,减速伞打开的高度为h,开伞时物资的速度为v0,由牛顿第二定律和运动学公式得
(2分)
,
(2分)
解得 26m/s2,
15m (1分)
(2)由上面的求解过程,可得开伞时的速度v0=28m/s
开伞前的运动时间
s (1分)
开伞后的运动时间s (1分)
故物资运动的时间至少为4.5s。(1分)
如图甲所示,质量m=1kg的物块停放在光滑的水平面上,若对物块施加一个
F=(9-2t)N的水平外力取向为正方向,请解答下列问题:
(1)求物块的加速度。
(2)求物块向右运动达到最大速度所用的时间。
(3)在图乙中画出物块加速度随时间变化的图象。
(4)速度的定义为“v—t”图象下的“面
积”在数值上等于位移x;加速度的定义为
则“a—t”图象下面的“面积”在数
值上等于什么?
(5)由a—t图象,求物块向右运动的最大速度。
正确答案
(1) =(9-2t)m/s2 (2) 4.5s
(3)
(4)a—t图象面积是速度的变化量
(5)20.25m/s
(1)物块的加速度=(9-2t)m/s2 ①
(2)当物块a=0时,向右运动的速度最大,
所用时间s="4.5s " ② (3)
(4)a—t图象面积是速度的变化量 ③
(5)由a—t图象可知物块向右运动的最大速度
×9×4.5m/s="20.25m/s " ④
(9分).如图所示,水平面上有一固定着轻质定滑轮O的木块A,它的上表面与水平面平行,它的右侧是一个倾角的斜面。放置在A上的物体B和物体C通过一轻质细绳相连,细绳的一部分与水平面平行,另一部分与斜面平行。现对A施加一水平向右的恒力F,使A、B、C恰好保持相对静止。已知A、B、C的质量均为m,重力加速度为g,不计一切摩擦,求恒力F的大小。(
)
正确答案
试题分析:设绳子张力,斜面支持力
,系统加速度
,
对B分析根据牛顿第二定律
对C分析同样有牛顿第二定律水平方向
竖直方向
整理解:
对ABC整体分析水平方向
如图所示,一质量为m=1 kg的小粉笔轻轻放在水平匀速运动的传送带上的A点,随传送带运动到B点,小粉笔从C点沿圆弧切线进入竖直光滑的半圆轨道恰能做圆周运动.已知圆弧半径R=0.9m,轨道最低点为D,D点距水平面的高度h=0.8m.小粉笔离开D点后恰好垂直碰击放在水平面上E点的固定倾斜挡板.已知粉笔与传送带间的动摩擦因数μ=0.3,传送带以5 m/s恒定速率顺时针转动(g取10 m/s2),(忽略空气阻力)试求:
(1)传送带AB两端的距离;
(2)倾斜挡板与水平面间的夹角的正切值
正确答案
(1)1.5m (2)
试题分析:(1)对小粉笔,在C点恰能做圆周运动,
由牛顿第二定律得:,
则 (2分)
由于,小粉笔在传送带上一直加速, (1分)
则由A到B有, (1分)
(1分)
所以粉笔加速运动的. (1分)
(2):对小粉笔,由C到D有 (2分)
解得: (1分)
小粉笔从D点抛出后做平抛运动,则
,得 t= 0.4s (2分)
将小粉笔在E点的速度进行分解得. (2分)
点评:中等难度。此类问题可以分阶段研究,把每个阶段看成一个小问题,会使问题更为简单。
如图所示,半径R="0.2" m的光滑四分之一圆轨道PQ竖直固定放置,末端Q与一长L = 0.8m的水平传送带相切,水平衔接部分摩擦不计,传动轮(轮半径很小)作顺时针转动,带动传送带以恒定的速度v0运动。传送带离地面的高度h ="1.25" m,其右侧地面上有一直径D =" 0.5" m的圆形洞,洞口最左端的A点离传送带右端的水平距离s="1m," B点在洞口的最右端。现使质量为m="0.5" kg的小物块从P点由静止开始释放,经过传送带后做平抛运动,最终落入洞中,传送带与小物块之间的动摩擦因数μ = 0.5。g取10m/s2。求:
(1)小物块到达圆轨道末端Q时对轨道的压力;
(2)若v0 =3m/s,求物块在传送带上运动的时间T;
(3)若要使小物块能落入洞中,求v0应满足的条件。
正确答案
(1) 15 N,方向竖直向下 (2) 0.3 s(3) 2m/s
(1)设物块滑到圆轨道末端速度v1,物块在轨道末端所受支持力的大小为N
根据机械能守恒定律得mgR =mv
根据牛顿第二定律得 N-mg = m
联立以上两式代入数据得:N= 15 N
根据牛顿第三定律,对轨道压力大小为15 N,方向竖直向下
(2)物块在传送带上加速运动时, 由μmg = ma , 得a = μg=5m/s2
加速到与传送带达到同速所需要的时间t1= = 0.2 s
位移s1=t1= 0.5 m
= 0.1 s
故T = t1+ t2= 0.3 s
(3)物块离开传送带右端后做平抛运动, 则h =gt2恰好落到A点 s = v2t
得v2= 2m/s 恰好落到B点 D + s = v3t 得v3= 3m/s
故v0应满足的条件是2m/s
本题考查机械能守恒定律和牛顿第二定律的应用,从N点到N点只有重力做功,机械能守恒,设最低点为零势能面根据动能定理可求得到传送带左端的速度,在N点为圆周运动的最低点,由支持力和重力的合力提供向心力,由此可求得支持力大小,物块在传送带上由滑动摩擦力提供加速度,物体的速度大于传送带速度,所受滑动摩擦力向左,做匀减速直线运动,当减速到与传送带速度相同时随着传送带一起运动,根据这两个过程的位移关系可分别求得运动时间,离开传送带后物体做平抛运动,由竖直高度决定运动时间和水平方向匀速运动可求得水平速度的取值范围
(8分).如图所示,水平传送带的速度为4.0m/s,它的右端与等高的光滑水平平台相接触.一工件m(可看成质点)轻轻放手传送带的左端,工件与传送带间的动摩擦因数,经过一段时间工件从光滑水平平台上滑出,恰好落在小车左端,已知平台与小车的高度差h=0.8m,小车左端距平台右端的水平距离为s=1.2m,取g=10m/s2,求:
(1).工件水平抛出的初速度是多少?
(2).传送带的长度L是多少?
正确答案
(1) (2).
(1)小物块从平台右端水平抛出后,做平抛运动。
水平方向:……………………(1分) 竖直方向:
…………(1分)
得:…………………………(2分)
(2)由于小于水平传送带的速度,故可知小物块在传送带上一直做匀加速运动。小物块在传送带上所受摩擦力:
…………………………(1分)
由牛顿第二定律可知:…………………………………………(1分)
由运动学关系可知:………………………………………………(1分)
得:…………………………………………………………(1分)
本题考查牛顿第二定律的应用和平抛运动规律的应用,先由竖直高度求得运动时间,再由水平方向匀速运动求得初速度,物块以3m/s速度滑离传动带,小于水平传送带的速度,故可知小物块在传送带上一直做匀加速运动,摩擦力提供加速度,再由运动学公式求解
如图所示,用跨过光滑定滑轮的缆绳将海面上一艘失去动力的小船沿直线拖向岸边.已知拖动缆绳的电动机功率恒为P,小船的质量为m,小船受到的阻力大小恒为f,经过A点时的速度大小为v0,小船从A点沿直线加速运动到B点经历时间为t1,A、B两点间距离为d,缆绳质量忽略不计.求:
(1)小船从A点运动到B点的全过程克服阻力做的功Wf;
(2)小船经过B点时的速度大小v1;
(3)小船经过B点时的加速度大小a.
正确答案
(1)fd(2)(3)
-
.
试题分析:(1)小船从A点运动到B点克服阻力做功 Wf=fd. ①
(2)小船从A点运动到B点,电动机牵引缆绳对小船做功
W=Pt1 ②
由动能定理有
W-Wf=mv
-
mv
③
由①②③式解得v1=. ④
(3)设小船经过B点时缆绳的拉力大小为F,绳与水平方向夹角为θ,电动机牵引缆绳的速度大小为v,则
P=Fv ⑤
v=v1cos θ ⑥
由牛顿第二定律有
Fcos θ-f=ma ⑦
由④⑤⑥⑦式解得a=-
.
如图所示为一正在匀速行驶的汽车车厢顶部有一根竖直悬挂的不可伸长的轻绳,下端拴一小物块,上端固定在A点且与一能测量绳的拉力的测力传感器相连.已知小物块的质量为5kg, 绳的长度为0.5m,各种阻力都可忽略.若汽车突然停止运动,之后测力传感器测得绳的拉力F随时间t的变化关系如图所示.则根据力学规律和题中(包括图)提供的信息,试求:
(1)汽车在停止前运行的速度v1;
(2)t1时刻小球的速度v2
正确答案
(1)(2)
试题分析:
解:(1)由图象得:小球在最低点时绳子对小球的拉力F1=1050N
根据牛顿第二定律得:汽车刚停止瞬间,对小球有:
代入数据:
(2)由图象得:t1时刻,F2=0
根据牛顿第二定律,对小球有: 即:
点评:本题考查学生的读图能力,然后灵活运用公式求解.
如图,m和M保持相对静止,一起沿倾角为θ的光滑斜面下滑,则M和m间的摩擦力大小是多少?
正确答案
f=mgsinθ·cosθ
【错解分析】错解:以m为研究对象,如图物体受重力mg、支持力N、摩擦力f,如图建立坐标有
再以m+N为研究对象分析受力,如图,(m+M)g·sinθ=(M+m)a③
据式①,②,③解得f=0
所以m与M间无摩擦力。
造成错解主要是没有好的解题习惯,只是盲目的模仿,似乎解题步骤不少,但思维没有跟上。要分析摩擦力就要找接触面,摩擦力方向一定与接触面相切,这一步是堵住错误的起点。犯以上错误的客观原因是思维定势,一见斜面摩擦力就沿斜面方向。归结还是对物理过程分析不清。
【正解】因为m和M保持相对静止,所以可以将(m+M)整体视为研究对象。受力,如图2-14,受重力(M十m)g、支持力N′如图建立坐标,根据牛顿第二定律列方程
x:(M+n)gsinθ=(M+m)a ①
解得a=gsinθ
沿斜面向下。因为要求m和M间的相互作用力,再以m为研究对象,受力如图。
根据牛顿第二定律列方程
因为m,M的加速度是沿斜面方向。需将其分解为水平方向和竖直方向如图。
由式②,③,④,⑤解得f=mgsinθ·cosθ
方向沿水平方向m受向左的摩擦力,M受向右的摩擦力。
【点评】此题可以视为连接件问题。连接件问题对在解题过程中选取研究对象很重要。有时以整体为研究对象,有时以单个物体为研究对象。整体作为研究对象可以将不知道的相互作用力去掉,单个物体作研究对象主要解决相互作用力。单个物体的选取应以它接触的物体最少为最好。如m只和M接触,而M和m还和斜面接触。
另外需指出的是,在应用牛顿第二定律解题时,有时需要分解力,有时需要分解加速度,具体情况分析,不要形成只分解力的认识。
图为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图.砂和砂桶的质量为 m,小车和砝码的总质量为M.实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小.
(1)实验中,为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力,先调节长木板一端滑轮的高度,使细线与长木板平行.接下来还需要进行的一项操作是( )
A.将长木板水平放置,让小车连着已经穿过打点计时器的纸带,给打点计时器通电,调节m的大小,使小车在砂和砂桶的牵引下运动,从打出的纸带判断小车是否做匀速运动
B.将长木板的一端垫起适当的高度,让小车连着已经穿过打点计时器的纸带,撤去砂和砂桶,给打点计时器通电,轻推小车,从打出的纸带判断小车是否做匀速运动
C.将长木板的一端垫起适当的高度,撤去纸带以及砂和砂桶,轻推小车,观察判断小车是否做匀速运动
(2)实验中要进行质量m和M的选取,以下最合理的一组是( )
A.M=200 g,m=10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g
B.M=200 g,m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g
C.M=400 g,m=10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g
D.M=400 g,m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g
(3)下图是实验中得到的一条纸带,A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点,相邻的两个计数点之间还有四个点未画出.量出相邻的计数点之间的距离分别为:SAB=4.22 cm、SBC=4.65 cm、SCD=5.08 cm、SDE=5.49 cm、SEF=5.91 cm、SFG=6.34 cm.已知打点计时器的工作频率为50 Hz,则小车的加速度a=______m/s2
(结果保留2位有效数字).
正确答案
(1) B (2) C (3)
试题分析:(1)本实验中木板对小车,打点计时器对纸带都有一定的摩擦,为了平衡摩擦,需要把长木板的一端垫起适当的高度,此时一定要小车连着已经穿过打点计时器的纸带,不能让砂和砂桶提供拉力,给打点计时器通电,轻推小车,让小车运动,通过纸带判断小车是否匀速,调节垫高的高度,直到纸带上的点的间距相等时为止。
故选B
(2)本实验拉力不等于砂和砂桶的重力,只有当M>>m时,拉力才近似的等于砂和砂桶的重力,十倍以上才叫远远大于,故选C
(3)根据题意可知,相邻计数点的时间间隔T=0.10s,根据逐差法有。
点评:本实验中由于砂和砂桶也做加速运动,绳子对砂和砂桶的拉力小于砂和砂桶的重力,当M>>m时,拉力才近似的等于砂和砂桶的重力。
如图所示,在水平光滑轨道PQ上有一个轻弹簧,其左端固定,现用一质量m=2.0 kg的小物块(视为质点)将弹簧压缩后释放,物块离开弹簧后经过水平轨道右端恰好沿半圆轨道的切线进入竖直固定的轨道,小物块进入半圆轨道后恰好能沿轨道运动,经过最低点后滑上质量M=8.0 kg的长木板,最后恰好停在长木板最左端.已知竖直半圆轨道光滑且半径R=0.5 m,物块与木板间的动摩擦因数μ=0.2,木板与水平地面间摩擦不计,取g=10 m/s2.求:
(1)弹簧具有的弹性势能;
(2)小物块滑到半圆轨道底端时对轨道的压力大小 ;
(3)木板的长度.
正确答案
(1)5J(2)120N(3)5m
试题分析:(1)物块进入轨道后恰好沿轨道运动:mg=m,弹簧具有弹性势能:Ep=
mv
=5 J
(2)物块由顶端滑到底端过程由动能定理:mg×2R=mv
-
mv
得v2=5 m/s
在轨道底端由牛顿第二定律得:F-mg=m,解得:F=6mg=120 N,
由牛顿第三定律得物块对轨道的压力大小为120 N,
(3)小物块在长木板上滑动时,
对小物块由牛顿第二定律得:a1==μg=2 m/s2
对木板由牛顿第二定律得:a2==0.5 m/s2
设经过时间t小物块与木板相对静止,共同速度为v,则:v=v2-a1t=a2t,解得:
v=1 m/s,t=2 s
小物块与木板在时间t内通过的位移分别为:x1=t=6 m,x2=
t=1 m,
则木板的长度为:L=x1-x2=5 m.
点评:本题考查了物理学中比较重要的运动模型和解题方法即动能定理,通过受力分析弄清物体的运动过程,然后用能量观点解题
如图所示,质量分别为2m和m的两个物体A和B,用轻弹簧连在一起,放在光滑的水平面上。在水平拉力F的作用下,两物体相对静止一起向右做匀加速运动,则弹簧的弹力的大小为 ;若某时突然撤去F,则撤去F的瞬间物体B的加速度aB= 。
正确答案
;
试题分析:将AB看做一个整体,可得,AB的加速度相同,所以对A有:
,撤去F的瞬间,弹簧还未来得及改变,所以B受到弹簧的拉力,故
。解得
点评:做此类型的题目关键是用整体法,以及知道在撤去外力的瞬间弹簧来不及改变
如图3所示,质量为mA、mB的两个物体A和B,用跨过定滑轮的细绳相连.用力把B压在水平桌面上,使A离地面的高度为H,且桌面上方细绳与桌面平行.现撤去压B的外力,使A、B从静止开始运动,A着地后不反弹,在运动过程中B始终碰不到滑轮.B与水平桌面间的动摩擦因数为μ,不计滑轮与轴间、绳子的摩擦,不计空气阻力及细绳、滑轮的质量.求:
(1)A下落过程的加速度;
(2)B在桌面上运动的位移.
正确答案
(1)(2)
(1)分别对A、B进行受力分析有
mAg-FT=mAa
FT-μmBg=mBa
解得:a=.
(2)设A刚着地时A、B的速度为v,设从A着地到B停止运动,B在水平桌面上前进了s,则v2=2aH
对B:-μmBgs=0-mBv2
解得s=
B的总位移:sB=H+s=.
本题考查连接体问题,分别以两个物体为研究对象,根据牛顿第二定律列式求解,A着地后以B为研究对象应用动能定理列式求解
(12分)如图所示,光滑曲面的下端有一水平传送带,传送带正以4 m/s的速度运动,运动方向如图所示.一个质量为2 kg的物体(物体可以视为质点),从h="1.8" m高处由静止沿曲面下滑,物体与传送带间的动摩擦因数μ=0.2,若传送带足够长,取g="10" m/s²。试求:
(1)物体由静止开始下滑到A处的速度?
(2)物体从A处向左运动的最大位移?
(3)物体从A处向左运动到最大位移处的过程中,物体与传送带组成的系统产生的摩擦热为多少?
(4)物体随传送带向右运动,最后沿斜面上滑的最大高度h′为多少?
正确答案
(1)6 m/s(2)9 m(3)84 J(4)0.8 m
试题分析:(1)物块沿光滑曲面下滑,机械能守恒则有:
所以物体由静止开始下滑到A处的速度:v1="6" m/s。
(2)物体沿传送带向左做匀减速直线运动,运动到最大位移时速度为零,根据牛顿第二定律和运动学公式有:
所以物体从A处向左运动的最大位移:x1="9" m。
(3)匀减速运动持续的时间为t,则有:
此过程中传送带向右运动的位移为:
解得:x2="12" m。
相对运动的位移:
所以,物体与传送带组成的系统产生的摩擦热为:。
(4)物体A返回过程中,做匀加速运动,末速度只能加速到:
v2="v=4" m/s
因此,沿曲面上升过程,根据机械能守恒定律:
所以最后沿斜面上滑的最大高度h′为:h′="0.8" m。
如图所示,质量m="0.1kg" 的小球在细绳的拉力作用下在竖直面内做半径为r="0.2m" 的圆周运动,已知小球在最高点的速率为v1=2m/s,g 取10m/s2.求:
(1)小球在最高点时所受拉力;
(2)小球在最低点时的速率.
正确答案
(1) (2)
试题分析:(1)受力分析: (2分)
(1分)
(1分)
(1分)
(1分)
(2)由高到低到对小球动能定理 :
(2分)
(1分)
(1分)
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