- 牛顿运动定律
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(14分)如图,m=2kg的物体在F=40N的水平推力作用下,1s内沿竖直墙壁,由静止开始下滑3m。求:(取g=10m/s2)
(1)物体运动的加速度;
(2)物体受到的摩擦力;
(3)物体与墙面间的动摩擦因数。
正确答案
6m/s2; 8N; 0.2
试题分析:(1)物体在1s内由静止下滑3m,则可求,加速度
(2)根据牛顿第二定律,
,所以
(3)根据摩擦力公式可知
点评:此类题型考察了初学者常见的题型和物理过程,通过匀变速直线运动规律求出加速度,并利用牛顿第二定律求出摩擦力。
如图所示,绝缘长方体B置于水平面上,两端固定一对平行带电极板,极板间形成匀强电场E。长方体B的上表面光滑,下表面与水平面的动摩擦因数=0.05(设最大静摩擦力与滑动摩擦力相同)。B与极板的总质量
=1.0kg.带正电的小滑块A质量
=0.60kg,其受到的电场力大小F=1.2N.假设A所带的电量不影响极板间的电场分布。t=0时刻,小滑块A从B表面上的a点以相对地面的速度
=1.6m/s向左运动,同时,B(连同极板)以相对地面的速度
=0.40m/s向右运动。问(g取10m/s2)
(1)A和B刚开始运动时的加速度大小分别为多少?
(2)若A最远能到达b点,a、b的距离L应为多少?从t=0时刻至A运动到b点时,摩擦力对B做的功为多少?
正确答案
(1)
(2)
⑴由牛顿第二定律有
A刚开始运动时的加速度大小 方向水平向右
B刚开始运动时受电场力和摩擦力作用
由牛顿第三定律得电场力
摩擦力
B刚开始运动时的加速度大小方向水平向左
⑵设B从开始匀减速到零的时间为t1,则有
此时间内B运动的位移
t1时刻A的速度,故此过程A一直匀减速运动。
此t1时间内A运动的位移
此t1时间内A相对B运动的位移
此t1时间内摩擦力对B做的功为
t1后,由于,B开始向右作匀加速运动,A继续作匀减速运动,当它们速度相等时A、B相距最远,设此过程运动时间为t2,它们速度为v,则有
对A 速度
对B 加速度
速度
联立以上各式并代入数据解得
此t2时间内A运动的位移
此t2时间内B运动的位移
此t2时间内A相对B运动的位移
此t2时间内摩擦力对B做的功为
所以A最远能到达b点a、b的距离L为
从t=0时刻到A运动到b点时,摩擦力对B做的功为
。
如图所示,光滑水平面上放着长L=2m,质量为M=4.5kg的木板(厚度不计),一个质量为m=1kg的小物体放在木板的最右端,m和M之间的动摩擦因数μ=0.1,开始均静止.今对木板施加一水平向右的恒定拉力F,(g取10m/s2)求:
(1)为使小物体不从木板上掉下,F不能超过多少.
(2)如果拉力F=10N,小物体能获得的最大速度.
正确答案
(1)物块随木板运动的最大加速度为a
对小物体由牛顿第二定律:umg=ma
对整体由牛顿第二定律得:Fm=(M+m)a
解得:Fm=5.5N
(2)因施加的拉力F>5.5N,故物块相对木板相对滑动,木板对地运动的加速度为a1,
对木板由牛顿第二定律:F-umg=Ma1
物块在木板上相对运动的时间为t,L=a1t2-
at2
解得:t=2s
物块脱离木板时的速度最大,vm=at=2m/s
答:(1)为使小物体不从木板上掉下,F不能超过5.5N.
(2)小物体能获得的最大速度为2m/s.
在“验证牛顿第二定律”的实验中:
某同学采用如图1装置,质量M=1kg的小车放在水平轨道上,两段细线挂着两个相同钩码.将小车静止释放后,由位移传感器测得了小车的运动速度与时间的变化关系,在计算机屏幕上得到了对应图象.根据装置图和v-t图象.
(1)小车运动过程中的最大加速度约为______
(2)小车在运动中,v-t图象(图2)曲线从①变到②的原因是______
(3)小车运动过程中受到的摩擦力是否能忽略?为什么?______
正确答案
(1)从速度时间图线可知,第①段图线的斜率最大,加速度最大,最大加速度a==
m/s2=0.9m/s2.
(2)曲线从①变到②,图线的斜率变小,知加速度减小,原因是有一个钩码落地,小车所受的合力减小.
(3)小车的阻力不能忽略,因为第③段钩码全部落地后,小车做匀减速直线运动.
故答案为:(1)0.9m/s2,(2)下面的钩码落地,小车的合力减小,则加速度减小.(3)不能,因为小车在钩码落地后,受摩擦力做匀减速直线运动.
如图所示,在光滑水平地面上有一固定的挡板,挡板上固定一个轻弹簧。现有一质量
,长
的小车
(其中
为小车的中点,
部分粗糙,
部分光滑),一质量为
的小物块(可视为质点),放在车的最左端,车和小物块一起以
的速度在水平面上向右匀速运动,车撞到挡板后瞬间速度变为零,但未与挡板粘连。已知车
部分的长度大于弹簧的自然长度,弹簧始终处于弹性限度内,小物块与车
部分之间的动摩擦因数为
0.3,重力加速度
。求:
(1)小物块和弹簧相互作用的过程中,弹簧具有的最大弹性势能;
(2)小物块和弹簧相互作用的过程中,弹簧对小物块的冲量;
(3)小物块最终停在小车上的位置距端多远。
正确答案
(1)2J(2),方向水平向左(3)1.5m
试题分析:(1)对小物块,有
根据运动学公式
由能量关系
解得
(2)设小物块离开弹簧时的速度为,有
对小物块,根据动量定理 (2分)
由⑤⑥式并代入数据得
弹簧对小物块的冲量大小为,方向水平向左。 (2分)
(3)小物块滑过点和小车相互作用,由动量守恒
(2分)
由能量关系 (2分)
小物块最终停在小车上距的距离
(2分)
解得 (2分)
将质量为16kg的物体置于宇宙飞船中,当宇宙飞船以a="g/2" 的加速度加速上升时,在某高度处物体对飞船中支持面的压力为90 N,若不考虑地球自转的影响,(已知地球半径R=6.4×103 km,g="10" m/s2)。试求:
(1)此时物体所受的重力
(2)此时宇宙飞船离地面的距离是多少?
正确答案
(1)10N (2)1.92×107m
试题分析:(1)根据牛顿第二定律可得,解得
(2)根据公式可得
点评:基础题,比较简单,,关键是对公式的正确掌握
在水平面上有一个质量为4kg的物体,物体在水平拉力F的作用下由静止开始运动,10s后拉力大小减小为F/3,并保持恒定,该物体的速度图像所示,求
(1)物体所受到的水平拉力F的大小
(2)该物体与地面间的动摩擦因素
正确答案
(1) F=9N (2) μ=0.125
试题分析:由图可知:前10秒物体加速度大小a1=1m/s²,
后20秒加速度大小a2="0.5m/" s²,
1--10s由牛顿第二定律有:
F–μmg = ma1 (1)
10--30s有:
μmg – F =ma2 (2)
由(1)(2)可解得:F=9N μ=0.125
点评:解决本题的关键是知道v-t图像的斜率表示运动的加速度,
(本小题12分)在光滑水平地面上,静止着一个质量为M =" 4" kg的小车.如图所示,在车的最右端有一个质量为m =" 1" kg的大小不计的物体,已知物体与小车之间的动摩擦因数为0.2,小车的长度L =" 2" m,
(1)要使物体相对于小车滑动,作用在小车上的水平恒力F至少要多大?
(2)现在用恒定的水平力F =" 14" N向右拉动小车,求F拉动3s时,小车的速度多大? (设最大静摩擦力等于滑动摩擦力). (g =" 10" m/s2)
正确答案
(1)F至少为10N
(2)9.5m/s
本题考查力与运动的结合,首先以整体为研究对象,求得加速度后根据运动学公式求解位移和速度,当m脱离小车后两个物体的受力都会发生变化,再次进行受力分析后根据牛顿第二定律和运动学公式求解,具体步骤如下
假设M、m一起向前加速,则加速度a为:
由得:
以m为研究对象,加速度由静摩擦力提供,最大值为
由得:
因,故M、m不可能一起向前加速,m将在M上滑动
以m为研究对象,受力如图:
,
,可得
以M为研究对象,受力如图
得,设m滑下M时所用时间为t,则
解得
此时小车的速度
M滑下后车的加速度
3s时车的速度
放在水平地面上一质量为m=2kg的质点,在水平恒定外力作用下由静止开始沿直线运动,4s内通过8m的距离,此后撤去外力,质点又运动了2s停止,质点运动过程中所受阻力大小不变,求:
(1)撤去水平恒定外力时质点的速度大小;
(2)质点运动过程中所受到的阻力大小;
(3)质点所受水平恒定外力的大小.
正确答案
解析:
(1)质点开始做匀加速直线运动:x0=a1t12,v0=a1t1.解得v0═4m/s.
(2)质点减速过程加速度a2═-2m/s2由牛顿第二定律有
-Ff=ma2
解得Ff=4
(3)开始加速过程中加速度为a1,由牛顿第二定律有:
F-Ff=ma1
解得
F=Ff+ma1=6N.
答:
(1)撤去水平恒定外力时质点的速度大小为4m/s
(2)质点运动过程中所受到的阻力大小4N
(3)质点所受水平恒定外力的大小6N
中央电视台近期推出了一个游戏节目--推矿泉水瓶.选手们从起点开始用力推瓶一段时间后,放手让瓶向前滑动,若瓶最后停在桌上有效区域内,视为成功;若瓶最后不停在有效区域内或在滑行过程中倒下均视为失败.其简化模型如图所示,AC是长度为L1=5m的水平桌面,选手们可将瓶子放在A点,从A点开始用一恒定不变的水平推力推瓶,BC为有效区域.已知BC长度为L2=1m,瓶子质量为m=0.5kg,瓶子与桌面间的动摩擦因数μ=0.4.某选手作用在瓶子上的水平推力F=20N,瓶子沿AC做直线运动,(g取10m/s2)假设瓶子可视为质点,那么该选手要想游戏获得成功,试问:
(1)推力作用在瓶子上的时间最长不得超过多少?
(2)推力作用在瓶子上的距离最小为多少.
正确答案
(1)要想获得游戏成功,瓶滑到C点速度正好为0,力作用时间最长,设最长作用时间为t1,有力作用时瓶的加速度为a1,t1时刻瓶的速度为v,力停止后加速度为a2,由牛顿第二定律得:
F-μmg=ma1 ①
μmg=ma2 ②
加速运动过程中的位移
x1= ③
减速运动过程中的位移
x2= ④
位移关系满足:
x1+x2=L1 ⑤
又:v=a1t1 ⑥
由以上各式解得:t1=s
即推力作用在瓶子上的时间最长不得超过s.
(2)要想游戏获得成功,瓶滑到B点速度正好为零,力作用距离最小,设最小距离为d,则:
+
=L1-L2 ⑦
v'2=2a1d ⑧
联立解得:d=0.4m
即推力作用在瓶子上的距离最小为0.4m.
(16分)如图所示,MN、PQ是两根足够长的光滑平行金属导轨,导轨间距为d,导轨所在平面与水平面成θ角,M、P间接阻值为R的电阻。匀强磁场的方向与导轨所在平面垂直,磁感应强度大小为B。质量为m、阻值为r的金属棒放在两导轨上,在平行于导轨的拉力作用下,以速度v匀速向上运动。已知金属棒与导轨始终垂直并且保持良好接触,重力加速度为g。求:
(1)金属棒产生的感应电动势E;
(2)通过电阻R电流I;
(3)拉力F的大小。
正确答案
(1)Bdv;(2);(3)
。
试题分析:(1)根据法拉第电磁感应定律E=Bdv………………………………………4分
(2)根据闭合电路欧姆定律
……………………………………………4分
(3)导体棒的受力情况如图所示,根据牛顿第二定律有
又因为:
所以:………………………………………8分
如图甲所示,一对平行光滑轨道放置在水平面上,两轨道间距l=0.20 m,电阻R=1.0 Ω;有一导体杆静止地放在轨道上,与两轨道垂直,杆及轨道的电阻均可忽略不计,整个装置处于磁感应强度为B=0.50T的匀强磁场中,磁感应强度方向垂直轨道向下。现用某外力F沿轨道方向拉杆,使之做匀加速运动,测得力F与时间t的关系如图乙所示。求:
(1)杆的质量;
(2)杆加速度的大小。
正确答案
(1)0.1 kg (2)10 m/s2
试题分析:导体杆在轨道上做初速度为零的匀加速直线运动,用v 表示瞬时速度,t表示运动时间,则导体杆切割磁感线产生的感应电动势E=Blv=Blat
闭合回路中的感应电流I=
由牛顿第二定律得F-BIl=ma
解得F=ma+at
在题中图乙图象上选取两点t1=0,F1=1 N;t2=30 s,F2=4 N代入上式,
解得a=10 m/s2
m=0.1 kg
如图所示,均可视为质点的三个物体A、B、C穿在竖直固定的光滑绝缘轻杆上,A与B紧靠在一起(但不粘连),C紧贴着绝缘地板,质量分别为MA=2.32kg,MB=0.20kg,MC=2.00kg,其中A不带电,B、C的带电量分别为qB = +4.0×10-5C,qC =+7.0×10-5C,且电量都保持不变,开始时三个物体均静止。现给物体A施加一个竖直向上的力F,若使A由静止开始向上作加速度大小为a=4.0m/s2的匀加速直线运动,则开始需给物体A施加一个竖直向上的变力F,经时间t 后, F变为恒力。已知g=10m/s2,静电力恒量k=9×109N·m2/c2,
求:(1)静止时B与C之间的距离;
(2)时间t的大小;
(3)在时间t内,若变力F做的功WF=53.36J,则B所受的电场力对B做的功为多大?
正确答案
(1)1.0m(2)1s(3)17.2J
试题分析:(1)开始时A、B处于平衡状态,设之间的距离为
,则
,代入数据可得:
经时间t , F变为恒力。A、B恰好分离,A、B间无相互作用,设BC之间的距离为则
,代入数据可得:
(2) 则,代入数据可得
(3) 以AB为系统,由动能定理可得
而
代入数据可得:
在电梯中,把一重物置于台秤上,台秤与压力传感器相连,电梯由静止开始竖直上升过程中,传感器所受的压力与时间的关系(FN-t)图象如图所示,g取10m/s2由图象可知
(1)电梯减速上升过程经历的时间是______s;
(2)重物的质量是______kg;
(3)电梯的最大加速度是______ m/s2.
正确答案
(1)由图象知,电梯减速上升时,加速度方向向下,处于失重状态,在10-14s内,知电梯减速上升过程经历的时间为4s.
(2)物体做匀速直线运动时,支持力等于重力,有mg=30N,则m=3kg.
(3)当物体所受合力最大时,加速度最大,由图可知,最大合力F合=30-15N=15N,则最大加速度a==
m/s2=5m/s2.
故答案为:(1)4(2)3(3)5
(13分)邯郸大剧院是目前河北省内投资最大、设施最完备、科技含量最高的一家专业高端剧院。2014年元旦前后,邯郸大剧院举办了几场盛大的新年音乐会。在一场演出前工作人员用绳索把一架钢琴从高台吊运到地面。已知钢琴的质量为175kg,绳索能承受的最大拉力为1820N,吊运过程中钢琴以0.6m/s的速度在竖直方向向下做匀速直线运动。降落至底部距地面的高度为h时,立即以恒定加速度减速,最终钢琴落地时刚好速度为零(g取10m/s2),求:
(1)h的最小值是多少;
(2)为了保证绳索和钢琴的安全,此次以0.6m/s的初速度匀减速到零,用时3s,求此次减速过程中钢琴机械能的变化量△E。
正确答案
(1)0.45m (2)
试题分析:(1)当拉力最大时,h有最小值
对钢琴: ①
②
③
④
(2)当减速时间为3s时:
⑤
⑥
⑦
(其中①②③⑤⑥⑦每式各2分;④式1分,共13分)
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