- 牛顿运动定律
- 共29769题
如图(1)所示,某人借助定滑轮将质量为m的货物提升到高处,测得货物加速度a与绳子对货物拉力FT之间的函数关系如图(2)所示.不计滑轮的摩擦,则:
(1)图线与横轴的交点N数值的含义为:______;
(2)图线斜率的含义为:______.
正确答案
货物受到重力和拉力作用,根据牛顿第二定律得
FT-mg=ma
变形得到 a=-g
当a=0时,FT=mg,即线与横轴的交点N数值的含义为mg;
由数学知识可知 a-FT图象是直线,其斜率等于.
故答案为:mg;.
质量为m=20kg的物体,在大小恒定的水平外力F作用下,沿水平面做直线运动.在0~2s内F与运动方向相反,在2~4s内F与运动方向相同.该物体的v-t图象如图所示.取g=10m/s2,求物体与水平面间的动摩擦因数μ.
正确答案
由图象可得:0~2s内物体做匀减速直线运动,加速度大小为:a1=5 m/s2,2s~4s内物体做匀加速直线运动,加速度大小为:a2=1m/s2,根据牛顿第二定律得:
F+Ff=ma1
F-Ff=ma2
又Ff=μmg,
解得:μ=0.2
答:物体与水平面间的动摩擦因数为0.2
一质量m=2.0kg的小物块以一定的初速度冲上一倾角为37°足够长的斜面,某同学利用传感器测出了小物块冲上斜面过程中多个时刻的瞬时速度,并用计算机做出了小物块上滑过程的速度-时间图线,如图所示.(取sin37°=0.6 cos37°=0.8 g=10m/s2)求:
(1)小物块冲上斜面过程中加速度的大小;
(2)小物块与斜面间的动摩擦因数;
(3)小物块返回斜面底端时的动能.
正确答案
(1)由小物块上滑过程的速度-时间图线,可知:a==
=-8.0m/s2
故小物块冲上斜面过程中加速度的大小为8.0m/s2.
(2)如图所示,小物块受重力、支持力、摩擦力,沿斜面建立直角坐标系,
代入数据解得 μ=0.25
(3)设物块冲上斜面所能达到的最高点距斜面底端距离为s,物块返回到斜面底端时的动能为Ek
向上运动阶段 -
=2as s=
=4.0m
沿斜面运动全过程中根据动能定理 -2μmgscos37°=Ek-m
代入数据:-2×0.25×20×4.0×0.8=Ek-×2.0×64
Ek=32J
答:(1)小物块冲上斜面过程中加速度的大小为8.0m/s2;
(2)小物块与斜面间的动摩擦因数为0.25;
(3)小物块返回斜面底端时的动能为32J.
在实验室研究一辆质量为0.6kg的电动玩具车的运动情况,已知玩具车在头4s内由电动机牵引前进,后6s钟关闭了电动机.实验得到小车在10s内的运动图象v-t图如图所示:求
(1)玩具车在滑行过程中所受阻力大小是多少?
(2)玩具车电动机产生的牵引力有多大?
(3)玩具车在全过程中的位移为多大?
正确答案
(1)减速过程的加速度为:a==
=-
m/s2;
减速过程受重力、支持力和摩擦力,根据牛顿第二定律,有:-f=ma,解得:f=-ma=0.2N;
(2)加速过程的加速度为:a′==
=
m/s2;
加速过程受重力、支持力、牵引力和摩擦力,根据牛顿第二定律,有:F-f=ma′;
解得:F=ma′+f=0.6×+0.2=0.5N;
(3)v-t图象与时间轴包围的面积表示位移,故
x=×10×2=10m;
答:(1)玩具车在滑行过程中所受阻力大小是0.2N;
(2)玩具车电动机产生的牵引力有0.5N;
(3)玩具车在全过程中的位移为10m.
一辆长途客车正在以v=20m/s的速度匀速行驶.突然,司机看见车的正前方x=33m处有一只狗,如图(甲)所示,司机立即采取制动措施.若从司机看见狗开始计时(t=0),长途客车的速度-时间图象如图(乙)所示,g取l0m/s2.
(1)求长途客车从司机发现狗至停止运动的这段时间内前进的距离.
(2)求长途客车与地面间的动摩擦因数.
(3)若狗正以v′=4m/s的速度与长途客车同向奔跑,问狗能否摆脱被撞的噩运?
正确答案
(1)在v-t图象中,面积表示位移,所以客车司机从发现狗至停止运动的这段时间内前进:
s=20×0.5+20×4÷2=50m
(2)客车减速运动的加速度为:a==-5m/s,
由于客车制动后在摩擦力做用下做匀减速直线运动,由牛顿第二定律有:
-μmg=ma
μ=-=0.5
(3)客车减速的加速度为:a==-5m/s2
客车由v0=20m/s,减速到v1=4m/s,所需要的时间为:t==3.2s
司机从看到狗到客车减速为v1=4m/s所前进的位移:X1=v0t′+=48.4m
这段时间内狗前进的位移为:X2=v'(t'+t1)=4×(0.5+3.2)=14.8m
因为:X1>X+X2
所以,狗将被客车撞上.
答:(1)长途客车从司机发现狗至停止运动的这段时间内前进的距离为50m.
(2)长途客车与地面间的动摩擦因数0.5
(3)狗将被客车撞上.
质量m=1kg的物体在竖直方向上运动,利用运动传感器可以采集到物体运动的相关数据.如图所示的两条直线就是利用采集到的数据,分别做出的物体受到竖直向上拉力和不受拉力作用时的v-t图线,若不计一切阻力,求:
(1)重力加速度的大小.
(2)物体受到的竖直拉力的大小.
正确答案
(1)由图知,b表示物体只受重力作用时的v-t图线
由图知:g==9.8m/s2
(2)由图知,a表示物体受到竖直向上拉力作用时的v-t图线
由图知:a==4.9m/s2
由牛顿第二定律:F-mg=ma
得:F=mg+ma=14.7N
答:重力加速度大小为9.8m/s2,物体受到的竖直拉力大小为14.7N.
如图所示,水平地面上一轻弹簧左端固定在竖直墙上,右端通过滑块压缩0.4m锁定.t=0时解除锁定释放滑块.计算机通过滑块的传感器描绘出滑块的速度-时间图象如图所示,其中a点表是滑块运动过程中的最大速度υa=2m/s,bc段为直线,已知滑块质量m=2.0kg,重力加速度g=10m/s2.求:
(1)滑块与地面之间的动摩擦因数;
(2)弹簧的最大弹性势能EPm;
(3)从开始到滑块分离过程弹簧弹力对物体的冲量.
正确答案
(1)从图象上知bc段对应滑块脱离弹簧后的运动,滑块的加速度大小为:
a1==6m/s2;
由牛顿第二定律知:μmg=ma1,解得:μ=0.6
(2)0.2s内弹簧恢复原长,滑块位移为s1=0.4m;设弹簧对滑块做功为W,由动能定理知:
W-μmgs=mυ2 得W=15.24J 即EPm=15.24J
(3)由动量定理知:I弹-μmgt=mυb,其中时间t=0.2s,代入数据得:
弹力冲量为:I弹=4.8N⋅S
答:(1)滑块与地面之间的动摩擦因数为0.6.
(2)弹簧的最大弹性势能为15.24J.
(3)从开始到滑块分离过程弹簧弹力对物体的冲量为4.8N.s.
质量为 0.5kg的物体由静止开始沿光滑斜面下滑,下滑到斜面的底端后进入粗糙水平面滑行,直到静止,它的v-t图象如图所示.(g取10m/s2),求:
①斜面的倾角
②物体与水平面的动摩擦因数
③摩擦阻力做的功.
正确答案
(1)由图可知,物体在斜面的加速度为 a1==5m/s2
又由牛顿第二定律得 ma=mgsinθ 所以 θ=30°
(2)物体在水平面的加速度为a2==
=-2.5m/s2
由牛顿第二定律得ma2=μmg
解得μ=0.25
(3)对匀减速运动过程,由动能定理得
wf=0-mv2=-6.25J
答:①斜面的倾角是30°.
②物体与水平面的动摩擦因数是0.25.
③摩擦阻力做的功为-6.25J.
如图所示,质量为1kg的物体静置于水平面上,现对物体施以水平方向的恒定拉力,1s末将拉力撤去,物体运动的v-t图象如图所示,试求:
(1)滑动摩擦力的大小;
(2)拉力的大小;
(3)在0~3s内滑动摩擦力做的功.
正确答案
(1)根据图象,1-3s内物体做减速运动阶,通过的位移为
x2=×6×(3-1)=6m
对减速过程运用动能定理
-fx2=-mv2
解得 f==
N=3N.
(2)根据图象,加速运动阶段的位移为
x1=×6×1=3m
对加速过程运用动能定理
Fx1-fx1=mv2
代入解得 F=9N
即拉力的大小为6N.
(3)在0-3s内滑动摩擦力做的功为
W=-f(x1+x2)=-3×(3+6)=-27J
答:
(1)滑动摩擦力的大小是3N;
(2)拉力的大小是9N;
(3)在0~3s内滑动摩擦力做的功是-27J.
如图所示,某同学做了如下的力学实验,一个质量为m的物体A在水平面上运动,A受到向右的拉力F作用.设水平向右为加速度a的正方向,如图(a)所示,测得A 的加速度a与拉力F之间的关系如图(b )所示.由图象可知,A 的质量m=______,A与水平面的动摩擦因数μ=______.
正确答案
由图可知,当F=0时,物体只受滑动摩擦力,此时加速度为4m/s2,
根据牛顿第二定律得:=4m/s2
解得:μ=0.4
当F=-30N时,加速度为零,则有
-μmg=F=-30N
解得:m=7.5Kg
故答案为:7.5Kg 0.4
杭州滨江区的白金海岸小区吴菊萍徒手勇救小妞妞,被誉为“最美妈妈”. 设妞妞的质量m=10kg,从离地h1=28.5m高的阳台掉下,下落过程中空气阻力约为本身重力的0.4倍;在妞妞开始掉下时,吴菊萍立刻从静止开始匀加速奔跑水平距离S=9m到达楼下,张开双臂在距地面高度为h2=1.5m处接住妞妞,缓冲到地面时速度恰好为零,缓冲过程中的空气阻力不计.g=10m/s2.求:
(1)妞妞在被接到前下落的时间;
(2)吴菊萍跑到楼下时的速度;
(3)在缓冲过程中吴菊萍对妞妞做的功.
正确答案
(1)对妞妞用牛顿第二定律:mg-0.4mg=ma1求得:a1=6m/s2
妞妞下落过程是匀变速直线运动,由位移时间关系:
h1=a1t2
解得:t=3s
(2)吴匀加速运动:S=a 2t2
解得:a2=2m/s2由速度时间关系:υ2=a2t=6m/s
(3)妞妞下落h1的速度:υ1=a1t=18m/s
缓冲过程中,对妞妞由动能定理,
得:W+mgh2=0-mυ12
W=-1770J
答:(1)妞妞在被接到前下落的时间3s;
(2)吴菊萍跑到楼下时的速度6m/s;
(3)在缓冲过程中吴菊萍对妞妞做的功是-1770J.
如图所示,光滑水平面上静止放置着一辆平板车A,车总长为L.车上有两个小滑块B和C(都可视为质点),B与车之间的动摩擦因数为μ,而C与车之间的动摩擦因数为2μ.开始时B、C分别从车的左、右两端同时以大小相同的初速度相向滑行.经过一段时间,C、A的速度达到相等,此时C和B恰好发生碰撞.已知C和B发生碰撞时两者的速度立刻互换,且碰撞时间极短.A、B、C三者的质量都相等,重力加速度为g.设最大静摩擦力大小等于滑动摩擦力,求:
(1)B、C刚滑上平板车A时,A、B、C三者各自的加速度?
(2)B和C刚滑上平板车时的初速度v0的大小?
(3)C和B发生碰撞后经过多长时间A、B、C三者的速度相同?共同速度为多少?(滑块C最后没有脱离车)
正确答案
(1)设ABC三者的质量都为m,根据牛顿第二定律得:
fc=2μmg=mac,解得:ac=2μg,方向水平向右
fb=μmg=mab,解得:ab=μg,方向水平向左
fc-fb=μmg=maa,解得:aa=μg,方向水平向左
(2)从开始到C、A的速度达到相等这一过程所需要的时间为t
对C,由牛顿定律和运动学规律有
vC=v0-aCt
SC=(v0+vC)t
对A,由牛顿定律和运动学规律有
vA=aAt=vC
SA=vAt
对B,由牛顿定律和运动学规律有
vB=v0-aBt
SB=(v0+vB)t
C和B恰好发生碰撞,则有
SC+SB=L
由以上各式解得初速度v0=
(3)ABC三者的末速度分别为vA=vC=
1
3
v0(向左)
vB=
2
3
v0(向右)
C和B发生碰撞时两者速度立刻互换,则碰后C和B的速度各为
v′C=
2
3
v0(向右)
v′B=
1
3
v0(向左)
碰撞后B和A的速度相等,设B和A保持相对静止一起运动,此时对B和A整体有
fc=2μmg=2ma
隔离B,则B受到的摩擦力为
f′b=ma
可得f′b=μmg,说明B和A保持相对静止一起运动
C和B发生碰撞后经过t0时间ABC三者速度相同,共同速度为v,向右为正
fc=-2μmg=ma′c解得:a′c=-2μg
fAB=-fC=2μmg=ma′AB解得:a′AB=μg
v0-2μgt0=-
v0+μgt0=v
解得:t0==
,v=0
答:(1)B、C刚滑上平板车A时,A、B、C三者各自的加速度分别为μg,μg,2μg;
(2)B和C刚滑上平板车时的初速度v0的大小为;
(3)C和B发生碰撞后经过时间A、B、C三者的速度相同,共同速度为0
两个完全相同的物块A、B,质量均为m=0.8kg,在同一粗糙水平面上以相同的初速度从同一位置开始运动.图中的两条直线分别表示A物块受到水平拉力F作用和B物块不受拉力作用的v-t图象,求:
(1)物块A所受拉力F的大小;
(2)8s末物块A、B之间的距离x.
正确答案
(1)设A、B两物块的加速度分别为a1、a2,由v-t图象可知:A的初速度v0=6m/s,A物体的末速度v1=12m/s,B物体的速度v2=0,根据速度时间公式,有
a1==0.75m/s2 ①
a2==1.5m/s2 ②
对A、两物块分别由牛顿第二定律得:
F-Ff=ma1 ③
Ff=ma2 ④
由①②③④可得:F=1.8N
即物块A所受拉力F的大小为1.8N.
(2)设A、B两物块8s内的位移分别为x1、x2由图象得:
x1=t1=72m
x2=t2=12m
所以x=x1-x2=60 m
即8s末物块A、B之间的距离x为60m.
如图所示,静止在水平地面上的玩具小鸭质量m=0.5kg,受到与水平面夹角为53°的恒定拉力后,玩具开始沿水平地面运动.若拉力F=4.0N,经过时间t=2.0s,玩具移动距离为x=4.8m;撤去拉力F后,玩具又向前滑行一段距离.求:(sin53°=0.8,cos53°=0.6)
(1)运动过程中,玩具的最大速度;
(2)撤去拉力后,玩具继续前进的距离.
正确答案
(1)由匀变速直线运动的位移时间公式得x=a1t2
a1=2.4m/s2
vm=a1t=4.8m/s
故玩具的最大速度为4.8m/s.
(2)由牛顿第二定律得:F•cos53°-μN=ma1
F•sin53°+N=mg
联立两式 得μ=0.67
松手后玩具加速度a2==μg=6.7m/s2
滑行距离x2==1.7m
故玩具继续前进的距离为1.7m.
(学有余力同学做,不计入总分)如图所示,设AB段是距水平传送带装置高为H=1.25m的光滑斜面,水平段BC使用水平传送带装置,BC长L=5m,与货物包的摩擦系数为μ=0.4,顺时针转动的速度为V=3m/s.设质量为m=1kg的小物块由静止开始从A点下滑,经过B点的拐角处无机械能损失.小物块随传送带运动到C点后水平抛出,恰好无碰撞的沿圆弧切线从D点进入竖直光滑圆孤轨道下滑.D、E为圆弧的两端点,其连线水平.已知圆弧半径R2=1.0m圆弧对应圆心角θ=106°,O为轨道的最低点.(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)试求:
(1)小物块在B点的速度.
(2)小物块在水平传送带BC上的运动时间.
(3)水平传送带上表面距地面的高度.
(4)小物块经过O点时对轨道的压力.
正确答案
(1)小物块由A运动B,由动能定理,mgh=mv2
解得:vB==5m/s
即小物块在B点的速度为5m/s.
(2)由牛顿第二定律,得μmg=ma,解得:a=μg=4m/s2
水平传送带的速度为v0=3m/s
加速过程,由 v0=vB-at1,得:t1==0.5s
则匀速过程
L1=t1=2m
t2==1s
故总时间t=t1+t2=1.5s
即小物块在水平传送带BC上的运动时间为1.5s.
(3)小物块从C到D做平抛运动,在D点有:
vy=v0tan=4m/s
由=2gh,得h=
=0.8m
故水平传送带上表面距地面的高度为0.8m.
(4)小物块在D点的速度大小为:vD==5m/s
对小物块从D点到O由动能定理,得:mgR(1-cos)=
mv2-
m
在O点由牛顿第二定律,得:FN-mg=m
联立以上两式解得:FN=43N
由牛顿第三定律知对轨道的压力为:FN′=43N
即小物块经过O点时对轨道的压力为43N.
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