- 牛顿运动定律
- 共29769题
如图甲所示,一个质量为m=1kg的物体放在水平地面上,当给物
体施加一个水平恒力F1=5N时,恰好可以匀速滑动(取g=10m/s2,已知cos37°=0.8,sin37°=0.6),求:
(1)物体与水平面间的滑动摩擦因数µ
(2)若把原来的水平力改成与水平面成θ=37°的斜向下力F2,为了让物体匀速运动,F2应为多大.
正确答案
(1)由于物块受F1匀速运动故有:F1=f,
f=μN1=μmg
即:
μmg=F1
μ==0.5
(2)对物块受力分析水平方向有:
f2=F2cosθ
竖直方向有:
N2=mg+F2sinθ
f2=μN2
整理得到:
F2cosθ=μ(mg+F2sinθ)
F2×0.8=0.5×(10+F2×0.6)
解得:
F2=10N
答:
(1)物体与水平面间的滑动摩擦因数µ=0.5
(2)若把原来的水平力改成与水平面成θ=37°的斜向下力F2,为了让物体匀速运动,F2应为10N
物体以16.8m/s的初速度从斜面底端冲上倾角为37°的斜坡,到最高点后再滑下,已知物体与斜面间的动摩擦因数为0.3,求:(g取l0m/s2)
(1)物体沿斜面上滑的最大位移;
(2)物体沿斜面下滑的时间.(已知sin37°=0.6,cos37°=0.8)
正确答案
(1)根据受力分析有:mgsin37+μmgcos37=ma
代入数据解得:a=8.4m/s2
根据速度位移公式得:v2=2as
所以有:s==
m=16.8m
物体沿斜面上滑的最大位移为16.8m
(2)在下滑过程中,根据牛顿第二定律得:mgsin37-μmgcos37=ma'
代入数据解得:a'=3.6m/s2
根据s=a't'2解得:
t'==
s≈3.05s
答:(1)物体上滑的最大位移为16.8m.
(2)物体沿斜面下滑的时间为3.05s.
水平路面上有一质量是30kg的手推车,在受到60N的水平推力时做加速度为1.5m/s2的匀加速运动.如果撤去推力,车的加速度是多少?
正确答案
根据牛顿第二定律得,F-f=ma,解得f=F-ma=60-30×1.5N=15N,撤去拉力后,加速度:a′==
m/s2=0.5m/s2,方向与推力方向相反.
答:车的加速度是0.5m/s2,方向与推力方向相反
一个物体从长s=25m,倾角为α=37°的斜面顶端由静止开始滑下,已知物体与斜面间的动摩擦因数μ=0.5,则它滑到斜面底端所用的时间t和末速度v分别是多少?
正确答案
物体从斜面顶端由静止开始滑下,受重力mg、支持力FN和滑动摩擦力F1三个力作用.沿斜面方向,根据牛顿第二定律有:
mgsinα-F1=ma…①
在垂直斜面方向,有:
FN=mgcosα…②
根据滑动摩擦定律有:
F1=μFN…③
联立①②③三式解得:a=2m/s2
根据运动学公式有s=at2…④
v=at…⑤
联立④⑤两式,代入数据解得:t=5s,v=10m/s.
答:物体滑到底端的时间为5s,到达底端的末速度为10m/s.
(10分)如图所示,五块完全相同的长木板依次紧挨着放在水平地面上,每块木板的长度L=0.5m,质量m=0.6kg。一质量M=1kg的小物块以=3m/s水平速度从第一块长木板的最左端滑入。已知小物块与长木板间的动摩擦因数
,长木板与地面间的动摩擦因数
,设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等。重力加速度g取
。求:
(1)小物块滑至第四块长木板时,物块与第四块长木板的加速度分别为多大?
(2)物块在整个运动过程中相对出发点滑行的最大距离?
正确答案
(1)2m/s2 (2)2.27m
试题分析:(1)设当物块滑至第n块木板时,木板与地面的摩擦力小于小物块与木板的摩擦力,即
解得n>4.3
物块滑上第五块木板时,木板才开始在地面上滑动。
即:小物块滑至第四块长木板时,第四块长木板的加速度为零。
物块的加速度为
(2)设物块刚滑上第五块木板时的速度为,每块木板的长度为L,由动能定理
解得
物块在第五块木板表面做匀减速直线运动,木板做匀加速直线运动,设经历时间t,物块与木板能获得相同的速度,
对物块
对木板
解得
在此过程中,物块发生的位移为,由动能定理
解得
即物块与木板获得的共同速度,之后整体向前匀减速运动
后静止.由动能
定理
解得
所以物块总共发生的位移
如图所示,质量为M的小车静止在光滑的水平地面上,质量为m的小滑块在电动机的牵引下,以恒定的速度向前运动。现让小滑块滑到小车上,经过一段时间后,m与M处于相对静止。设整个牵引过程中小滑块的速度始终保持为v不变,它与小车之间的动摩擦因素为μ。
求(1)从小滑块滑到小车上开始到与小车相对静止这段时间里,小车的位移是多少?
(2)电动机的牵引力做的功是多少?
正确答案
(1)小车运动距离: (2)
试题分析:小滑块做匀速运动,小车做匀加速运动,利用动量定理可以求出小车加速到v时的时间,利用平均速度公式可以求出小车的位移,电动机的牵引力做的功等于小车获得的动能和系统产生的热。
在小车和木块达到相对静止这段时间内:小车运动距离:S1 =" (0" + v)t / 2
对小车用动量定理:ft =" Mv" =>,所以:
;
木块运动距离: ,
,
根据能量守恒,牵引力做功 = 小车动能 + 摩擦产生热能,
内能: =>
点评:灵活运用动量定理求小车运动的时间结合平均速度公式求解可以使问题大大简化,系统产生的热利用来求,并且系统满足能的转化合守恒。
如图所示,水平传送带AB长为20m,传送带以2.0m/s的速度匀速运动.现在A处放一质量为m无初速度的小物体,已知物体与传送带之间的动摩擦因数为0.4;(g=10m/s2)求:
(1)小物体从A运动到B所用的时间为多少?
(2)若要使小物体从A运动到B所用的时间最短,则传送带的速度至少应为多少?
正确答案
解(1)小物体先做匀加速直线运动,后与皮带同速作匀速直线运动.
由牛顿第二定律得,滑块的加速度为:a==
=μg=0.4×10=4m/s2,
加速时间为:t1==
=0.5s
加速位移为:s1=t1=
t1=
×0.5=0.5m<20m,
然后物体做匀速直线运动,匀速位移为:x2=L-x1=20-0.5=19.5m,
匀速时间为:t2==
=9.75s
共历时:t=t1+t2=10.25s;
(2)滑块在皮带上一直做匀加速直线运动时,滑块的运动时间最短,
滑块在皮带上的加速度为:a==
=μg=0.4×10=4m/s2,
小物体如一直加速从A到B历时t,则有:L=at2
解得时间为:t==
=
s,
到B端时小物体速度为:vB=at=4×=4
m/s;
所以传送带最小速度为4m/s;
答:(1)小物体从A运动到B所用的时间为10.25s;
(2)若要使小物体从A运动到B所用的时间最短,则传送带的速度至少应为4m/s.
小汽车的质量为725kg,以32m/s速度向东运动,有一位质量为60kg的人坐在小汽车中,小汽车撞到坚固的墙上.在碰撞前后,这个人的速度均与汽车的速度相等,而汽车从速度32m/s撞墙到停止所用的时间为0.02s.
(1)此人受到冲击力的平均值为多大?
(2)一些人认为,当汽车突然刹车时,如果将双手抵在仪表盘上,可以止住突然向前倾倒的身体,假设有一个物体的重力等于你刚才算出的此人受到冲击力的大小,请求出它的质量(g取10m/s2),你能否举起这个物体呢?
正确答案
(1)汽车撞墙过程的平均加速度大小a==
m/s2=1600m/s2,
则人受到的冲击力F=ma=60×1600N=9.6×104N.
(2)物体的质量M==
kg=9.6×103kg.
不能举起这个物体.
答:(1)人受到的冲击力的平均值为9.6×104N;
(2)物体的质量为9.6×103kg,人不能举起.
(18分)如图所示,半径为R的1/4光滑圆弧轨道竖直放置,下端恰与金属板上表面平滑连接。金属板置于水平地面上,板足够长,质量为5m,均匀带正电q;现有一质量为m的绝缘小滑块(可视为质点),由轨道顶端无初速释放,滑过圆弧轨道后滑到金属板上。空间存在竖直向上的匀强电场,场强E=6mg/q;已知滑块与金属板上表面、金属板与地面间的动摩擦因数均为μ;重力加速度为g。试求:
(1)滑块滑到圆弧轨道末端时的速度;
(2)金属板在水平地面上滑行的最终速度v;
(3)若从滑块滑上金属板时开始计时,电场存在的时间为t,求电场消失后,金属板在地面上滑行的距离s与t的关系。
正确答案
(1) (2)
(3)当
时,电场消失后金属板滑行距离
; 当
时,电场消失后金属板滑行距离
试题分析:(1)滑块滑到轨道末端,有 (2分)
可得,滑块速度为 (2分)
(2)滑块滑上金属板瞬间,金属板竖直上受力 ,可知板不受地面摩擦力,滑块与金属板组成的系统动量守恒。 (1分)
(2分)
可得金属板在水平地面上滑行的最终速度为 (1分)
(3)设ts末滑块与金属板恰好共速,则对滑块,有
又
(2分)
可得运动时间 (1分)
①当时,滑块和金属板一起向右匀减速运动至静止,有
(1分)
则可得金属板滑行距离 (1分)
②当时,电场消失时,滑块与金属板未共速,则此时对金属板有
(1分)
ts后电场消失,金属板水平方向上受力减速,得
,又滑块此时速度大于板,加速度则与板相同。可知板先减速至速度为0后静止。(注:有判断出板先减速至0后静止则得分,不一定需要说明理由) (1分)
对金属板,有 (1分)
可得金属板滑行距离 (1分)
综上所述,当时,电场消失后金属板滑行距离
;
当时,电场消失后金属板滑行距离
(1分)
一轻弹簧原长8cm,若将其悬挂于竖直方向,在它的下端挂一质量为2.5kg的重物,静止时弹簧秤的长度为13cm.若将该重物放置于粗糙的水平地面上,并用此弹簧水平拉着物体作匀速直线运动,已知重物与地面之间的动摩擦因数为0.4.(g=10N/kg)求:
(1)弹簧的劲度系数为多少?
(2)物体作匀速直线运动时该弹簧的长度?
正确答案
(1)据胡克定律:F=kx得:
F1=m1g=25N;
形变量x=(L1-L0)=0.13-0.08=0.05m
所以:F1=k(L1-L0)
k==500N/m
(2)物体作匀速直线运动,由平衡态条件F=f=μmg=10N
△x==
=0.02m
x=L0+△x=10cm
答:(1)弹簧的劲度系数为500N/m
(2)物体作匀速直线运动时该弹簧的长度为10cm.
如图所示,传送带与地面倾角θ=37°,AB长度为16m,传送带以10m/s的速率逆时针匀速转动.在传送带上端A无初速度地放一物体,它与传送带之间的动摩擦因数为0.5,求物体从A运动到B所需要的时间是多长?
正确答案
开始阶段由牛顿第二定律得:mgsinθ+μmgcosθ=ma1
所以:a1=gsinθ+μgcosθ=10m/s2
物体加速至与传送带速度相等时需要的时间t1==1s;
发生的位移:s=a1t12=5m<16m,所以物体加速到10m/s 时仍未到达B点,此时摩擦力方向改变.
第二阶段有:mgsinθ-μmgcosθ=ma2;所以:a2=2m/s2
所以物体在B处时的加速度为2m/s2
(3)设第二阶段物体滑动到B 的时间为t2则:
LAB-S=vt2+at22
解得:t2=1s
故物体经历的总时间t=t1+t2=2s.
答:物体从A运动到B需时间是2s.
如图所示,在倾角θ=37°的固定斜面上放置一质量M=1kg、长度L=3m的薄平板AB.平板的上表面光滑,其下端B与斜面底端C的距离为7m.在平板的上端A处放一质量m=0.6kg的小滑块,开始时使平板和滑块都静止,之后将它们无初速度释放.设平板与斜面、滑块与斜面间的动摩擦力因数均为μ=0.5,求滑块与平板下端B到达斜面底端C的时间差△t.(已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)
正确答案
对薄板,由于Mgsin37°<μ(M+m)gcos37°,故滑块在薄板上滑动时,薄板静止不动.
对滑块:在薄板上滑行时加速度a1=gsin37°=6m/s2,
到达B点时速度v==6m/s
用时t1==1s
滑块由B至C时的加速度a2=gsin37°-μgcos37°=2m/s2,
设滑块由B至C所用时间为t2,
则LBC=vt+a2t22,
代入解得t2=1s
对薄板,滑块滑离后才开始运动,加速度a=gsin37°-μgcos37°=2m/s2,滑至C端所用时间为t',
则LBC=at′2,解得t′=
s
滑块与平板下端B到达斜面底端C的时间差为△t=t′-t2=(-1)s=1.65s
答:滑块与平板下端B到达斜面底端C的时间差△t为1.65s.
如图所示,两半径为60cm的转盘固定在间距可以调整的竖直平面上,转盘固在电动机带动下均以5rad/s的角速度向相反方向转动.在竖直方向上一有质量为2kg,长为2m的直杆,其顶端刚好被两转盘夹住.现直杆从静止开始在转盘作用下向上运动,已知直杆与转盘间的动摩擦因数μ=0.1,两转盘分别对木杆两侧的垂直压力为110N,g=10m/s2.求:
(1)转盘边缘的线速度;
(2)直杆向上穿过转盘的时间.
正确答案
(1)由题意知:R=60cm=0.6m,ω=5rad/s
转盘边缘的线速度:v=ωR=5×0.6=3m/s;
(2)直杆加速过程中,由牛顿第二定律得:2μN-mg=ma,
代入数据解得:a=1m/s2,
当直杆的速度与转盘边缘线速度相等时,直杆的位移为:
s==
=4.5m>2m,
则直杆没有达到匀速时已经穿过圆盘,由匀变速直线运动的位移公式:s=at2
得时间为:t==
=2s;
答:(1)转盘边缘的线速度为3m/s;
(2)直杆向上穿过转盘的时间为2s.
皮带运输机是靠物体和传送带之间的摩擦力把货物送往别处的,如图所示,已知两传送带与传送物体间的动摩擦因数均为μ=0.5,长为l1=21m的水平传送带以υ1=14m/s的速度顺时针传动;长为l2=20m的倾斜传送带以υ2=4m/s的速度顺时针传动,其与水平面的夹角为θ=37°.在水平传送带的左端无初速地轻放一质量为m物体,试求:
(1)物体从放上传送带开始到第一次滑到水平传送带右端的时间;
(2)物体从放上传送带开始到第二次滑到水平传送带右端的时间.(不计滑上倾斜传送带时损失的能量,g=10m/s2)
正确答案
(1)物体在水平传送带摩擦力的作用下,向右加速,加速度为:a1=μg=5m/s2
加速时间:t1==2.8s
此时,物体运动位移为:x1=a
=
×5×2.82=19.6m
之后物体与传送带一起向右匀速的时间为:t2==0.1s
故物体从放上传送带开始到第一次滑到水平传送带右端的时间:t=t1+t2=2.8+0.1=2.9s
(2)物体沿倾斜传送带上滑过程,以加速度为:a=-(gsinθ+μgcosθ=10×0.6+0.5×10×0.8)=-10m/s2
向上减速,减速时间:t1′==1s,
上滑位移:x1′=v0t+a
=14×1-
×10×1=9m
当减速到与传送带速度相同时,由于mgsinθ>μmgcosθ,物体仍减速,直到速度为零
此时加速度为:a′=gsinθ-μgcosθ=2m/s2
减速时间:t2′==2s
上滑位移:x2′=4×2-×2×22=4m
故物体冲上倾斜传送带共经历位移为:x=x1′+x2′=9+4=13m
之后物体下滑,加速度为2m/s2
由x=a
,可得:t下=
=
=
s
故物体从放上传送带开始到第二次滑到水平传送带右端的时间:T=2.9+1+2+=(5.9+
)s.
答:(1)物体从放上传送带开始到第一次滑到水平传送带右端的时间为2.9s;
(2)物体从放上传送带开始到第二次滑到水平传送带右端的时间为(5.9+)s
如图,用一劲度系数k=100N/m的轻质弹簧秤水平拉着质量m=1kg的物体向右做匀速直线运动,此时弹簧秤示数F=2N.
(1)画出此时的受力分析图,并求弹簧秤的形变量x1和物体与地面间的动摩擦系数μ.
(2)如果弹簧秤突然变为竖直向上拉物体,使物体继续维持原来的匀速直线运动,则此时的弹簧秤形变量x2为多少?物体与地面间的动摩擦系数又为多少?
正确答案
(1)物体在竖直方向受重力和支持力作用,大小均为G=mg=1kg×10N/kg=10N,水平方向受到的拉力F和摩擦力f是平衡力,大小相等,方向相反如图所示:
根据胡克定律得:
F=kx1,
解得:x1==0.02m,
f=F=μmg
解得:μ==0.2
(2)如果弹簧秤突然变为竖直向上拉物体,使物体继续维持原来的匀速直线运动,则竖直方向弹力等于重力,水平方向不受力,即:
F2=mg=10N
则有:x2==
=0.1m
物体与地面间的动摩擦系数不变,仍为0.2.
答:(1)受力分析图如图所示,弹簧秤的形变量x1为0.02m,物体与地面间的动摩擦系数μ为0.2.
(2)此时的弹簧秤形变量x2为0.1m,物体与地面间的动摩擦系数为0.2.
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