- 牛顿运动定律
- 共29769题
如图,在水平地面上有一质量为4.0㎏的物块,它与地面的动摩擦因数μ=0.2,在与水平方向夹角为θ=300的斜向上的拉力F作用下,由静止开始运动.经过2.0s的时间物块发生了4.0m的位移.(g=10m/s2)
试求:(1)物块的加速度大小(2)拉力F的大小.
正确答案
物块受力如图,
(1)由x=at2
得:a==2m/s2
答:物块的加速度大小为2m/s2.
(2)Fcosθ-f=ma…①
FN+Fsinθ=mg…②
f=μFN…③
由①②③得:F≈16.6N
答:拉力大小为16.6N.
如图所示,电动机的工作使一条长度L=10m的水平传送带匀速运动,速度大小v=2m/s.现将一只铁盒轻轻的放在传送带的左端,它将被传送带运送到右端.已知铁盒与传送带之间的动摩擦因数μ=0.1,g取10m/s2,试求:
(1)铁盒刚放上时的加速度;
(2)铁盒从传送带的左端到达右端的时间.
正确答案
(1)铁盒刚放上时,因相对传送带间向左滑,受到向右的摩擦力而产生加速度.有:
f=μN=μmg=ma
得:a=μg=0.1×10=1.0m/s2,方向向右.
答:铁盒刚放上时的加速度为a=1.0m/s2,方向向右.
(2)铁盒刚放上时向右做匀加速运动,当速度达到传送带的速度后做匀速运动.
匀加速运动通过的距离:
s1==
m=2.0m
匀加速运动阶段的时间:
t1==
s=2.0s
匀速运动通过的距离:
s2=L-s1=10-2=8m
匀速运动阶段的时间:
t2==
s=4.0s
铁盒从传送带的左端到达右端的时间:
t=t1+t2=2.0+4.0=6.0s.
答:铁盒从传送带的左端到达右端的时间为6.0s.
如图所示,斜面与水平面间的夹角θ=37°,物体A和B的质量分别为mA=10kg、mB=5kg.A、B间用质量不计的细绳相连.试求:
(1)当斜面光滑时,两个物体的加速度及绳的张力各是多少?
(2)当A和B与斜面间的动摩擦因数为μ=0.2时,两个物体的加速度及绳的张力各是多少?
(3)当A和B与斜面间的动摩擦因数分别为μA=0.2、μB=0.8时,则释放后的开始阶段,两个物体的加速度及绳的张力又各是多少?
正确答案
(1)如斜面光滑摩擦不计,
用整体法:(mA+mB)gsinθ=(mA+mB)a,
解得:a=gsinθ=6m/s2
用隔离法对B:mBgsinθ-FT=mBa,代入数据求出FT=0
(2)用整体法:(mA+mB)gsinθ-μ(mA+mB)gcosθ=(mA+mB)a,
解得:a=gsinθ-μAgcosθ=4.4m/s2
用隔离法对B:mBgsinθ-μBmBgcosθ-FT=mBa,
代入数据求出FT=0
(3)用隔离法对B:因为mBgsinθ<μBmBgcosθ
所以物体B不下滑,物体A下滑,绳松弛,FT=0.
所以aA=g(sinθ-μAcosθ)=4.4m/s2
答:(1)当斜面光滑时,两个物体的加速度为6m/s2,绳的张力都为零.
(2)当A和B与斜面间的动摩擦因数为μ=0.2时,两个物体的加速度为4.4m/s2,绳的张力为零;
(3)当A和B与斜面间的动摩擦因数分别为μA=0.2、μB=0.8时,释放后的开始阶段,A的加速度为4.4m/s2,B的加速度为零,绳的张力为零.
如图所示,质量为m=1kg的小球用细线拴住,线长L=2.0m.当小球从图示位置A由静止释放后摆到悬点的正下方位置B时,细线恰好被拉断.若位置B距水平地面的高度h=5m,小球落地点C到O′的距离s=4m.O′点在悬点O的正下方.g=10m/s2.求:
(1)细线刚被拉断时小球的速度大小;
(2)细线所能承受的最大拉力.
正确答案
(1)小球运动到位置B时,细线恰好被拉断,以后小球做平抛运动.
在水平方向上:s=vt,
竖直方向上:h=gt2,
解得:v=s=4×
=4m/s;
(2)小球刚运动到位置B时,设细线中张力为T,
由牛顿第二定律得:T-mg=m,
解得:T=mg+m=1×10+1×
=18N;
答:(1)细线刚被拉断时小球的速度大小为4m/s;(2)细线所能承受的最大拉力为18N.
为了测量两个质量不等沙袋的质量,由于没有可直接测量的工具(如天平、弹簧秤等),某实验小组应用下列器材测量:轻质定滑轮(质量和摩擦可忽略)、一套总质量为m=0.5kg砝码,细线、米尺、秒表,他们根据所学的物理知识改变实验条件进行多次测量,选择合适的变量得到线性关系,作出图线并根据图线的斜率和截距求出沙袋的质量(g取10m/s2).具体操作如下:
(1)实验装置如图所示,设左右两边沙袋的质量分别为m2、m1;
(2)从m中取出质量为△m的砝码放在右边沙袋中(剩余砝码都放在左边沙袋中,发现质量为m1的沙袋下降,质量为m2的沙袋上升(质量为m1的沙袋下降过程未与其他物体相碰);
(3)用米尺测出质量为m1的沙袋从静止开始下降的距离h,
用秒表测出质量为m1的沙袋下降距离h所对应的时间t,则可求沙袋的加速度大小为a=______;
(4)改变右边砝码的质量△m,测量相应的加速度a,得到多组△m及a的数据,作出“a~△m”图线;
(5)若求得图线的斜率k=4m/kg•s2,截距为b=2m/s2,沙袋的质量m1=______ kg,m2=______kg.
正确答案
(3)由题,质量为m1的沙袋从静止开始下降做匀加速直线运动,由h=at2,解得a=
.
(5)根据牛顿第二定律得:
对m1及砝码:(m1+△m)g-T=(m1+△m)a
对m2及砝码:T-(m2+m-△m)g=(m2+m-△m)a
联立解得:a=g+
根据数学知识得知:“a~△m”图线斜率k=,截距b=
g
将m=0.5kg,g=10m/s2,k=4m/kg•s2,b=2m/s2,代入解得:m1=3kg,m2=1.5kg.
故答案为:(3);(5)3,1.5.
静止在水平地面上的物体质量为2kg,在F=6N的水平力推动下开始运动,4s末它的速度达到4m/s,求物体与地面的动摩擦因数?(g=10m/s2)
正确答案
物体在水平推力作用做匀加速运动,由v=at得
a==
m/s2=1m/s2
由牛顿第二定律得
F-μmg=ma
得 μ==
=0.2
答:物体与地面的动摩擦因数是0.2.
物体从斜面底部以一定的速率沿斜面向上运动,斜面底边水平,倾角可在
0°~90°之间变化,物体沿斜面到达的最远距离x和倾角θ的关系如图所示,求:
(1)物体与接触面的动摩擦因数;
(2)θ为多大时,x有最小值,并求出最小值.
正确答案
(1)设初速度为v,当θ=0°时,物体沿水平方向运动,故
μmg=ma ①
v2=2aSx ②
当θ=90°时,物体沿竖直方向做上抛运动,故
v2=2gh ③
联立①、②、③解得:μ= ④
(2)当物体以任意角运动时,由动能定理得
-μmgxsinθ-μmgxcosθ=0-mv2 ⑤
联立①、②、③、⑤解得:x= ⑥
可见,当θ=60°时,x有最小值:xmin=5 ⑦
答:
(1)物体与接触面的动摩擦因数为;
(2)θ为60°时,x有最小值,最小值为5.
航空母舰上的飞机跑道长度有限.飞机回舰时,机尾有一个钩爪,能钩住舰上的一根弹性钢索,利用弹性钢索的弹力使飞机很快减速.若飞机的质量为M=4.0×103kg,同舰时的速度为v=160m/s,在t=2.0s内速度减为零,弹性钢索对飞机的平均拉力F=______N(飞机与甲板间的摩擦忽略不计).
正确答案
飞机回舰时做匀减速运动,
由匀变速直线运动的速度公式:v=v0+at,
可得,加速度:a==
=-80m/s2,
负号表示加速度方向与速度方向相反,
对飞机,由牛顿第二定律得:
F=Ma=4.0×103×80=3.2×105N;
故答案为:3.2×105.
如图所示,用半径为0.4m的电动滚轮在长薄铁板上表面压轧一道浅槽。薄铁板的长为2.8m、质量为10kg。已知滚轮与铁板与铁板工作台面间的动摩擦因数分别为0.3和0.1。铁板从一端放入工作台的砂轮下,工作时砂轮对铁板产生恒定的竖直向下的压力为100N,在砂轮的摩擦作用下铁板由静止向前运动并被压轧出一浅槽。已知滚轮转动的角速度恒为5rad/s。
(1)通过分析计算,说明铁板将如何运动,
(2)加工一快铁板需要多少时间,
(3)加工一快铁板电动机要消耗多少电能。(不考虑电动机自身的能耗)
正确答案
(1) 整个过程中铁板选做加速度a=1m/s2匀加速运动,然后做的匀速运动
(2) 2.4s (3)136J
(1)开始砂轮给铁板向前的滑动摩擦力
工作台给铁板的摩擦阻力
铁板先向右做匀加速运动:m/s2=1m/s2
加速过程铁板达到的最大速度
这一过程铁板的位移,
此后砂轮板的摩擦力将变为静摩擦力,,铁板将做匀速运动。
即整个过程中铁板选做加速度a=1m/s2匀加速运动,然后做的匀速运动
(2)在加速运动过程中,由得
匀速运动过程的位移为 由
所以加工一块铁板所用的时间为
(3)解法一:
[解法二:]
图甲是2012年我国运动员在伦敦奥运会上蹦床比赛中的一个情景.设这位蹦床运动员仅在竖直方向上运动,运动员的脚在接触蹦床过程中,蹦床对运动员的弹力F随时间t的变化规律通过传感器用计算机绘制出来,如图乙所示.取g=10m/s2,根据F-t图象求:
(1)运动员的质量;
(2)运动员在运动过程中的最大加速度;
(3)在不计空气阻力情况下,运动员重心离开蹦床上升的最大高度.
正确答案
(1)由图象可知,刚站上去的时候弹力等于重力,故运动员所受重力为500N,设运动员质量为m,则
m==50kg
(2)由图象可知蹦床对运动员的最大弹力为Fm=2500N,设运动员的最大加速度为am,则
Fm-mg=mam
am==
m/s2=40m/s2
(3)由图象可知远动员离开蹦床后做竖直上抛运动,离开蹦床的时刻为6.8s或9.4s,再下落到蹦床上的时刻为8.4s或11s,它们的时间间隔均为1.6s.根据竖直上抛运动的对称性,可知其自由下落的时间为0.8s.
设运动员上升的最大高度为H,则
H=gt2=
×10×0.82m=3.2m
答:
(1)运动员的质量50kg;
(2)运动员在运动过程中的最大加速度40m/s2;
(3)在不计空气阻力情况下,运动员重心离开蹦床上升的最大高度3.2m.
一质量为5kg的物体静止放在动摩擦因数为μ=0.2的水平面上,若将一个大小为F=20N的水平拉力作用在该物体上,g取10m/s2.求:
(1)该物体的加速度是多少?
(2)该物体在4s内的位移是多少?
正确答案
(1)根据牛顿第二定律得:a==
m/s2=2m/s2.
(2)根据位移时间公式得:x=at2=
×2×16m=16m.
答:(1)物体的加速度是2m/s2;
(2)物体在4s内的位移是16m.
如图所示,厚度不计的薄板A长L=5.0m,质量M=5.0kg,放在水平桌面上,板的右端与桌边相齐.在A上距右端s=3.0m处放一物体B(大小不计),其质量m=2.0kg,已知A、B间的动摩擦因数μ=0.1,A与桌面间和B与桌面间的动摩擦因数μ=0.2,原来系统静止.现在在板的右端施加一大小一定的水平力F=26N,持续作用在A上,将A从B下抽出.(g=10m/s2)求:
(1)A从B下抽出前A、B的加速度各是多少?
(2)B运动多长时间离开A?
(3)物体B最后停在哪里?
正确答案
(1)对于B,在未离开A时,其运动加速度大小为:aB==μ1g=1m/s2
对于A,根据牛顿第二定律得:
F-μ1mg-μ2(m+M)g=MaA
解得:aA=2m/s2
(2)设经过时间t,A离开B,则有:
xA=aAt2
xB=aBt2
而xA-xB=L-s
带入数据解得:t=2s
(3)设B从A上掉下时,其速度为v,则
v=aBt=2m/s
xB=aBt2=
×1×4m=2m
B从A上掉下后,B在桌面的摩擦力作用下做减速运动,其加速度大小为
a2==μ1g=2m/s2
运动的位移为:x2==
m=1m
所以B运动的总位移为:x=2m+1m=3m
所以物体B最后停在离桌边2m的位置上.
答:(1)A从B下抽出前A的加速度为2m/s2,B的加速度为1m/s2;
(2)B运动2s离开A;
(3)物体B最后停在离桌边2m的位置上.
两个长度相等、倾角都是α的斜面,一个是光滑的,另一个是粗糙的,物体从粗糙斜面顶端匀加速滑到底端所用时间,为从光滑斜面滑到底端所用时间的3倍.那么,物体在光滑斜面和粗糙斜面上,下滑的加速度之比为______,物体与粗糙斜面间的动摩擦因数为______.
正确答案
物体从光滑斜面滑下时,根据牛顿第二定律,有
mgsinα=ma ①
根据位移时间关系公式,有
L=at2 ②
物体从粗糙斜面滑下时,根据牛顿第二定律,有
mgsinα-μmgcosα=ma′③
根据位移时间关系公式,有
L=a′t′2 ④
根据题意
t′=3t ⑤
由①②③④⑤联立解得
a:a′=9:1
μ=tanα
故答案为:9:1,tanα.
一个滑雪人质量m=75㎏,以v0=2m/s的初速度沿山坡匀加速滑下,山坡的倾角θ=30°,在t=5s的时间内滑下的路程x=60m.
求:(1)滑雪人的加速度;
(2)求滑雪人受到的阻力(g取10m/s2)
正确答案
(1)以初速度方向为正方向.已知初速度,时间,位移,由运动学位移公式
x=v0t+at2
60=2×5+×a×52
解得:
a=4m/s2
(2)由牛顿第二定律:
mgsinθ-f=ma
75×10×-f=75×4
解得:
f=75N
答:
(1)加速度为4m/s2
(2)受到的阻力为75N
质量为m=1kg的物体,在与水平面成q=37°角的恒力F作用下,沿水平面以10m/s的速度匀速运动.物体与水平面间的动摩擦因数为μ=0.5.物体通过某一位置时计t=0.在t=1s时,去掉力F,物体便以大小为5m/s2的加速度做匀减速直线运动,求:(sin37°=0.6cos37°=0.8g=10N/kg)
(1)恒力F的大小
(2)计时后4s内物体的位移.
正确答案
(1)物体匀速运动时受到重力mg、恒力F、地面的支持力N和滑动摩擦力f,作出力图如图所示.由平衡条件得:
水平方向:Fcosθ=f
竖直方向:N=mg+Fsinθ
又:f=μN
联立得:Fcosθ=μ(mg+Fsinθ)
得:F==
N=10N
(2)设撤去F后物体滑行时间t0时停止运动,则:v=v0+at0,
得:t0==
s=2s
故计时4s内物体的位移等于物体滑行时间t0内通过的位移.
撤去F前,物体通过的位移:x1=v0t=10×1m=10m;
撤去F后,物体运动时间:t′=t0=2s,通过的位移为:
x2=v0t′+at′2=10×2-
×5×22=10(m)
故计时后4s内物体的位移:x=x1+x2=20m.
答:(1)恒力F的大小是10N.
(2)计时后4s内物体的位移是20m.
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