- 牛顿运动定律
- 共29769题
在民航和火车站都可看到用于对行李安全检查的水平传送带,当旅客把行李放上传送带时,传送带对行李的滑动摩擦力使行李开始运动,直到最后相对静止,行李随传送带一起前进.设传送带前进速度为4m/s,传送带AB间距离为20m,传送带与行李箱间的动摩擦因数=0.2,则一质量为5kg的行李箱无初速度地放上传送带A端后,经多长时间被传送到B端?
正确答案
行李在传送带上加速,设加速度大小为a,加速的时间为t1
a==μg=0.2×10m/s2=2m/s2
所以t1==
s=2s
所以匀加速运动的位移为:s=at12=
×2×4m=4m
行李随传送带匀速前进的时间t2==
s=4s
行李箱从A传送到B所需时间
t=t1+t2=2s+4s=6s
答:物体经过6s被传送到B端.
如图所示,质量为m=10kg的物体,在F=40N水平向右的拉力作用下,由静止开始运动.设物体与水平面之间的动摩擦因素µ=0.2,(g取10m/s2)求:
(1)物体所滑动受摩擦力为多大?
(2)物体的加速度为多大?
(3)物体在第3s内的位移为多大?
正确答案
(1)由滑动摩擦力表达式:
f=μmg
解得:
f=20N
(2)物体加速度为:a==2m/s2
(3)第3s内的位移应该是用前三秒的位移减去前两秒的位移,所以
S3=at32-
at22
解得:
S3=5m
答:
(1)物体所滑动受摩擦力为20N
(2)物体的加速度物体加速度为2m/s2
(3)物体在第3s内的位移为5m
如图所示为某企业流水线上使用的水平传送带装置示意图.绷紧的传送带始终保持恒定速率运行,传送带的水平部分AB距水平地面的高度为h=0.45m.现有一集装箱(可视为质点)由A端被传送到B端,到B端前已与传送带保持相对静止,因没有及时取下,集装箱从B端水平抛出,集装箱与传送带间的动摩擦因数μ0.20.
(g=l0m/s2,不计空气阻力)
(1)若集装箱的落地点与B端的水平距离为0.60m,求传送带的速率v;
(2)若AB间的距离足够长,集装箱以v0=2.40m/s的速度从A端向右滑上传送带,当集装箱滑上传送带t0=1.00s后,电动机出现故障突然停止转动.求集装箱在传送带上留下的划痕多长?
正确答案
(1)由平抛运动规律,在竖直方向上有:h=gt2,
在水平方向上有:x=vt
联立解得v=2.0m/s.
(2)根据牛顿第二定律得,μmg=ma,
解得加速度大小a=μg=2m/s2
集装箱减速的时间t==
s=0.2s<t0,
即0.20s-1.00s内,集装箱与传送带保持相对静止.
减速过程中集装箱的位移x1=t=
×0.2m=0.44m,
传送带的位移x2=vt=2×0.2m=0.4m
相对位移△x1=x1-x2=0.04m,
电动机停止转动后,集装箱滑行的距离为△x2==
m=1m,
所以,集装箱留下的痕迹长为△x=△x1+△x2=1.04m.
答:(1)传送带的速率为2m/s;
(2)集装箱在传送带上留下的划痕长度为1.04m.
森林发生火灾,我军某部接到命令,派直升机前去灭火.但火场离水源较远,直升机需沿水平方向匀速飞往水源取水灭火,悬挂着m=500kg空箱的悬索与竖直方向的夹角θ1=45°.直升机取水后飞往火场,加速度沿水平方向,大小稳定在a=1.5m/s2时,悬索与竖直方向的夹角θ2=14°,如果空气阻力大小不变,且忽略悬索的质量,试求:(g取10m/s2,sin14°≈0.242,cos14°≈0.970)
(1)空气阻力的大小;
(2)水箱中水的质量M.
正确答案
(1)直升机取水过程,对水箱受力分析,如图所示,
直升机沿水平方向匀速飞往水源,水箱受力平衡,由共点力平衡条件得:
在水平方向上:T1sinθ1-f=0
在竖直方向上:T1cosθ1-mg=0
解得:f=mgtanθ1=5000N
(2)直升机取水后飞往火场过程,做匀加速直线运动,对水箱受力分析,如图所示,
由牛顿第二定律得:
T2sinθ2-f=(m+M)a
T2cosθ2-(m+M)g=0
解得:M=-m,代入数据得:M≈4.5×103kg
故水箱中水的质量为4.5×103kg.
答:(1)空气阻力的大小;
(2)水箱中水的质量M约为4.5×103kg.
杂技演员在进行“顶杆”表演时,顶杆演员A顶住一根质量可忽略不计的长竹竿.质量为m=30kg的演员B自竹竿顶部由静止开始下滑,滑到竹竿底端时速度恰好为零.为了研究下滑演员B沿杆的下滑情况,在顶杆演员A与竹竿底部之间安装了一个力传感器.由于竹竿处于静止状态,传感器显示的就是下滑演员B所受摩擦力的情况,如图所示.g=10m/s2.求:
(1)下滑演员B下滑过程中的最大速度;
(2)竹杆的长度.
正确答案
(1)以人为研究对象,人加速下滑过程中受重力mg和杆对人的作用力F1,由题图可知,人加速下滑过程中杆对人的作用力F1为180 N.
由牛顿第二定律得
mg-F1=ma,
则a=4 m/s2.
1s末人的速度达到最大,则v=at1=4 m/s.
(2)加速下降时位移为:s1=at12=2 m.
减速下降时,由动能定理得(mg-F2)s2=0-mv2,
代入数据解得s2=4m,
杆的长度s=s1+s2=6m.
答:(1)杆上的人下滑过程中的最大速度为4m/s;
(2)竹竿的长度为6m.
如图 所示,物体A的质量m1=1kg,静止在光滑水平面上的木板B的质量为m2=0.5kg、长l=1m,某时刻A以v0=4m/s的初速度滑上木板B的上表面,为使A不致于从B上滑落,在A滑上B的同时,给B施加一个水平向右的拉力F,若A与B之间的动摩擦因数μ=0.2,试求拉力F应满足的条件。(忽略物体A的大小)
正确答案
1N≤F≤3N
物体A滑上木板B以后,作匀减速运动,加速度a=μg,木板B作加速运动,有:
F+μm1g=m2aB 。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vt,则: 且:
由此可得:(m/s2) 代入得:F=m2aB-μm1g=0.5×6-0.2×1×10=1(N)
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,才能不会从B的左端滑落。即有:
F=(mA+mB)a
μmAg=mAa
所以:F="3N " 若F大于3N,A就会相对B向左滑下。
综上:力F应满足的条件是:1N≤F≤3N
(14分)
质量为的物体在水平推力
的作用下沿水平面作直线运动,一段时间后撤去
,其运动的
图像如图所示。
取
,求:
(1)物体与水平面间的运动摩擦系数;
(2)水平推力的大小;
(3)内物体运动位移的大小。
正确答案
解:(1)
(2)
(3)46m
解:(1)设物体做匀减速直线运动的时间为、初速度为
、
末速度为、加速度为
,则
①
设物体所受的摩擦力为,根据牛顿第二定律,有
②
③
联立②③得
④
(2)设物体做匀加速直线运动的时间为、初速度为
、末速度为
、加速度为
,则
⑤
根据牛顿第二定律,有
⑥
联立③⑥,得:
(3)解法一:由匀速直线运动位移公式,得
解法二:根据图象围成的面积,得
如图所示,质量为10kg的物体,与水平面间的动摩擦因数μ=0.1.当受到50N、与水平方向成37°角的拉力F的作用时,物体由静止开始沿水平面做直线运动.求经过2s后,物体运动了多远?(sin37°=0.6,g=10m/s2)
正确答案
水平方向有:Fcos37°-μFN=ma ①
竖直方向有:mg=Fsin37°+FN ②
联立①②,代入数据解得:a=0.66m/s2.
经过2s后物体运动的位移x=at2=1.32m.
答:经过2s后,物体运动了1.32m.
某兴趣小组的同学对一辆自制遥控小车的性能进行测试.他们让小车在水平的直轨道上由静止开始运动,并将小车运动的全过程记录下来,其v-t图象如图所示.已知小车质量为1kg,在2s~14s小车功率保持不变,在14s末关闭遥控器而让小车自由滑行.v-t图象中除2s~10s图象为曲线外,其余时间图象均为直线.在整个运动过程中小车所受的阻力视为不变.g=10m/s2.求:
(1)小车受到的阻力大小;
(2)小车在匀速行驶阶段的功率;
(3)小车在变加速运动过程中的位移大小.
正确答案
(1)在14s~18s小车在阻力作用下做匀减速运动,
由图象可知a=1.5m/s2
由牛顿第二定律可知:f=ma
解得f=1.5N
(2)在10s~14s小车匀速运动,牵引力F=f
根据P=Fv
解得P=9W
(3)小车在2s~10s内做变加速运动
根据动能定理:Pt-fs=mv22-
mv12
解得:s=39m
答:(1)小车受到的阻力大小为1.5N;
(2)小车在匀速行驶阶段的功率为9W;
(3)小车在变加速运动过程中的位移大小为39m.
如图所示,小孩和雪橇的总质量m=20kg,大人用于水平方向成θ=53°角斜向上的拉力F拉雪橇,使雪橇沿水平地面以v=4m/s速度做均速直线运动.已知雪橇与水平地面的动摩擦因数μ=0.5(sin53°=0.8,cos53°=0.6,取g=10m/s2)求:
(1)拉力F的大小;
(2)撤去拉力F后雪橇还能滑行的距离.
正确答案
(1)对小孩和雪橇受力分析如图1,根据平衡条件得:
mg=Fsinθ+FN,
Fcosθ=f,
f=μFN
代入数据解得F=100N.
(2)F撤消后,小孩和雪橇做匀速运动,受力分析如图2
由牛顿第二定律得
f′=ma,f′=μFN′,FN′=mg
代入数据解得a=5m/s2.
o-v2=-2ax,
∴x=1.6m.
答:(1)拉力F的大小为100N.
(2)撤去拉力F后雪橇还能滑行的距离为1.6m.
一位滑雪者收起雪杖自由滑行,他以v0=40m/s的初速度自雪坡底端O点沿直线冲上雪坡,速度减到0后仍不用雪仗立即转身又自由滑下(忽略转身时间),已知雪坡足够长,雪坡倾角为θ=37°,雪橇与雪坡间的动摩擦因数μ=0.5,从滑雪者刚滑上雪坡O点开始计时,取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.
(1)求人能沿雪坡向上滑行的最大距离.
(2)雪坡上距底端75m远处有一点P,求从计时开始人滑到P点所需时间.
正确答案
(1)滑雪者沿斜面向上运动时沿斜面方向受到重力的分力和摩擦力的作用,根据牛顿第二定律可得人的加速度:
a1=g(sin37°+ucos37°)=10m/s2
上升时人做减速运动,则根据匀变速直线运动的速度位移关系有:
0-=-2a1x
得人上升的最大距离x==
m=80m
(2)滑雪者沿斜面向上运动的总时间为t:
由速度时间关系为:
0=v0-a1t
得人上滑的时间t==
s=4s
若P点为沿斜面向上运动时所经过的时间为t1,则由
位移时间关系有:xp=v0t1-a1
代入数据可解得:t1=3s
若P点为沿斜面向下运动时所经过的,则滑雪者沿斜面向下运动时的加速度大小:
a2=g(sin37°-ucos37°)=2m/s2
上滑到最高点又回到p点所走的位移为:s=x-xp=5m
由位移时间关系有物体由最高点下滑至P点所用时间为t2:
s=a2
得t2==
s=
s
所以人从最低点到经过最高点后再到P点所用时间t总=t+t2=4+s
答:(1)人能沿雪坡向上滑行的最大距离为80m;
(2)雪坡上距底端75m远处有一点P,从计时开始人滑到P点所需时间为3s或(4+).
一游客在滑雪时,由静止开始沿倾角为37°的山坡匀加速滑下.下滑过程中从A点开始给游客抓拍一张连续曝光的照片如图所示.经测量游客从起点到本次曝光的中间时刻的位移恰好是40m.已知本次摄影的曝光时间是0.2s,照片中虚影的长度L相当于实际长度4m,试计算:(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
(1)本次曝光中间时刻的瞬时速度;
(2)滑雪板与坡道间的动摩擦因数.
正确答案
(1)用s表示题中的位移,θ表示斜面倾角,△t表示曝光时间,μ表示滑雪板与坡道间的动摩擦因数,m表示滑雪运动员的质量.设运动员下滑的加速度为a,曝光的中间时刻的速度为v0,
则有v02=2as v0=
可求得:v0=20m/sa=5.0m/s2
(2)又根据牛顿第二定律有 mgsinθ-μmgcosθ=ma
可求得动摩擦因数为 μ=0.125
答:(1)本次曝光中间时刻的瞬时速度为20m/s.
(2)滑雪板与坡道间的动摩擦因数为0.125.
质量为m=2kg的物体在水平推力F=6N的作用下沿水平面做直线运动,其运动的v-t图象如图所示.g取10m/s2,求:
(1)物体与水平面间的动摩擦因数μ;
(2)0~6s内物体运动位移的大小.
正确答案
(1)设物体做匀变速运动的时间为t、初速度为v0、末速度为vt、加速度为a,
则a==1m/s2
根据牛顿第二定律有
F-Ff=ma
Ff=-μmg
得:μ=0.2
(2)由匀变速运动的位移公式得:x=v0t+at2=30m
答:(1)物体与水平面间的动摩擦因数为0.2;
(2)0~6s内物体运动位移的大小为30m.
如图所示,一质量M=3.0kg、足够长的木板B放在光滑的水平面上,其上表面放置质量m=l.0kg的小木块A,A、B均处于静止状态,A与B间的动摩擦因数µ=0.30,且最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等.现给木块A施加一随时间t变化的水平力F=kt(k=2.0N/s),取g=10m/s2.
(1)若木板B固定,则经过多少时间木块A开始滑动?
(2)若木板B固定,求t2=2.0s时木块A的加速度大小.
(3)若木板B不固定,求t3=1.0S时木块A受到的摩擦力大小.
正确答案
(1)当木板固定时,A开始滑动瞬间,水平力F与最大静摩擦力大小相等,则:
F=f=μmg
设经过t1时间A开始滑动,则:F=kt1
t1==
s=1.5s
(2)t=2s时,有:
F=kt=2×2N=4N
有牛顿第二定律有:F-μmg=ma
a==
m/s2=1m/s2
(3)在t=1s时水平外力为:F=kt=2×1N=2n
由于此时外力小于最大静摩擦力,两者一定不发生相对滑动,故一起做匀加速运动,以整体为研究对象,有牛顿第二定律可得:
F=(m+M)a′
a′==
m/s2=0.5m/s2
对A受力分析为:F-f=ma′
f=F-ma′=2-1×0.5N=1.5N
答:(1)若木板B固定,则经过1.5s木块A开始滑动
(2)若木板B固定,求t2=2.0s时木块A的加速度大小为1m/s2.
(3)若木板B不固定,求t3=1.0S时木块A受到的摩擦力大小为1.5N.
如图所示,木块质量m=1.04kg,在与水平方向成θ=37°角、斜向右上方的恒定拉力F作用下,以a=2.0m/s2的加速度从静止开始做匀加速直线运动,在3s末时撤去拉力F.已知木块与地面间的动摩擦因数μ=0.4,取重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:
(1)拉力F的大小
(2)物体在5s内滑行的总位移.
正确答案
(1)对物体受力分析,可知
水平方向 Fcosθ-f=ma
竖直方向 Fsinθ+FN=mg
摩擦力公式 f=μFN
由以上三个方程可以解得,
a=2m/s2
F=6N;
(2)在3s末物体的速度为
V=at=2×3m/s=6m/s,
前3s的位移为
X1=at2=9m,
在3s末撤去了拉力F,之后物体将在摩擦力的作用下减速运动,
设此时的加速度为a′,摩擦力为f′,
则 f′=μmg=ma′,
所以a′=μg=4m/s2,
撤去了拉力F之后,减速到0需要的时间为t
则由V=0-a′t 可得
t=1.5s
即物体只运动了1.5s就停止了,所以减速运动的位移
X2=Vt-at2=4.5m
所以总位移x=X1+X2=9m+4.5m=13.5m,
答:(1)拉力F的大小为6N
(2)物体在5s内滑行的总位移是13.5m.
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