- 牛顿运动定律
- 共29769题
一个质量为2kg的物体静止在足够大的水平地面上,物体与地面间的动摩擦因数μ=0.2.从t=0开始,物体受到一个大小和方向呈周期性变化的水平力F的作用,力F随时间的变化规律如图所示.重力加速度g=10m/s2,
求:
(1)0~2s时间内物块运动的加速度a1的大小和方向;
(2)t=2s时物块运动的瞬时速度v1的大小和方向;
(3)0~6s时间内物块运动的位移的大小和方向.
正确答案
(1)据牛顿第二定律知:F-μmg=ma1
a1==2m/s2
加速度a1的方向向右.
(2)据速度公式有:v1=a1t1=2×2=4m/s
速度v1的方向向右.
(3)0~2s时间内物块运动的位移为
x1=a1t12=
×2×22=4(m),方向向右;
2~4s时间内,物块先向右匀减速运动至速度为零,令加速度a2,用时t2;
据牛顿第二定律有:a2==
=5m/s2,方向向左
据速度公式有:0=v1+a2t2
t2==
=0.8(s)
物体向右匀减速运动的位移:
x2=v1t2+a2t22=4×0.8+
×(-5)×0.82=1.6(m)
2.8~4s时间内物块将向左静止开始匀加速运动,令加速度为a3,据牛顿第二定律有:a3==
=1m/s2,方向向左;
物体向左静止开始匀加速运动的位移:x3=a3t32=
×(-1)×1.22=-0.72(m),
4s时物体的速度:v3=a3t3=-1×1.2=-1.2(m/s),向左
4~6s时间内物块先向左匀减速运动,令加速度为a4,据牛顿第二定律知:a4=6m/s2
令向左匀减速到静止所用时间为t4,据速度公式有:
0=v3+a4t4
解得:t4==
=0.2(s)
向左匀减速运动的位移:x4=t4=
×0.2=-0.12(m)之后,4.2s~6s时间内物块从静止开始向右匀加速运动,
加速度a5=a1=2m/s2
向右运动的位移:x5=a5t52=
×2×1.82=3.24(m)
0~6s时间内的总位移:x=x1+x2+x3+x4+x5=4.0+1.6+(-0.72)+(-0.12)+3.24=8.0(m)
方向向右.
答:(1)0~2s时间内物块运动的加速度2m/s2方向向右. (2)t=2s时物块运动的瞬时速度大小4m/s方向向右.(3)0~6s时间内物块运动的位移的大小8.0(m)方向向右.
如图所示,有一长度为x=1.0m、质量为M=10Kg的平板小车,静止在光滑的水平面上,在小车的左端放置一质量为m=4.0Kg的小物块,物块与小车之间的动摩擦因数为μ=0.25,要使物块在t=2.0s内运动到小车的右端,则施加在小物块上的水平向右的拉力大小应为多少?(g=10m/s2)
正确答案
小车和物块的运动情况如图所示,在物块运动到小车右端的过程中,
小车发生的位移为x1,物块发生的位移为x2,取向右为正,
以小车为研究对象,由牛顿第二定律得:
μmg=Ma1①
由匀变速运动的公式得:
x1=a1t2②
以物块为研究对象,由牛顿第二定律得:
F-μmg=ma2③
由匀变速运动的公式得:
x2=a2t2④
由题意得:
x2-x1=x⑤
由①②③④⑤带入数据得:F=16N
答:施加在小物块上的水平向右的拉力大小应为16N.
汽车发动机的额定功率为30KW,质量为2000kg,当汽车在水平路面上行驶时受到阻力为车重的0.1倍,
(1)汽车在路面上能达到的最大速度?
(2)当汽车速度为10m/s时的加速度?
正确答案
(1)汽车有最大速度时,此时牵引力与阻力平衡,
由:P=Fv=fvm
可得汽车最大速度为:vm==
m/s=15m/s,
(2)当速度v=10m/s时,
牵引力 F牵==
N=3000N,
故此时加速度为:a==
m/s2=0.5m/s2.
答:(1)汽车在路面上能达到的最大速度是15m/s;
(2)当汽车速度为10m/s时的加速度是0.5m/s2.
如图所示,可以视为质点的小金属块A的质量为m1=1kg,放在厚度不计的长木板A的右端,木板长L=2m、质量m2=2kg,A与B之间的动摩擦因数μ1=0.1,A、B与水平面之间的动摩擦因数均为μ2=0.5.开始时A和B均处于静止状态,现用水平恒力F将木板水平向右加速抽出,小金属块A滑到水平地面上后,又在地面上滑行了s=0.4m后停下来.求:(g取10m/s2)
(1)金属块A从木板B上滑下瞬间的速度大小;
(2)金属块A从木板B上滑下之前,木板B的加速度大小;
(3)加在木板B上的水平恒力F的大小.
正确答案
(1)小金属块A从木板B上滑下后在地面上做匀减速直线运动,其加速度a=μ2g=5m/s2,
故小金属块A从木板B上滑下瞬间的速度v==2m/s.
(2)小金属块A从木板B上滑下之前在木板上做匀加速直线运动,其加速度a1=μ1g=1m/s2.
其加速度a1==2s.
位移s1==2m.
设木板的加速度为a2,则在这段时间内木板的位移s2=a2t2,又s2-s1=L.
联立解得a2=2m/s2.
(3)对木板由牛顿第二定律有F-μ1m1g-μ2(m1+m2)g=m2a2.
解得F=20N.
答:(1)金属块A从木板B上滑下瞬间的速度大小为2m/s.
(2)木板B的加速度大小为2m/s2.
(3)加在木板B上的水平恒力F的大小为20N.
如图是某游乐场的一种过山车的简化图,过山车由倾角为θ的斜面和半径为R的光滑圆环组成0.假设小球从A处由静止释放,沿着动摩擦因数为μ的斜面运动到B点(B为斜面与圆环的切点),而后沿光滑圆环内侧运动,若小球刚好能通过圆环的最高点C,求:(重力加速度为g)
(1)小球沿斜面下滑的加速度的大小;
(2)斜面的长度至少为多大.
正确答案
解;(1)由牛顿第二定律得
mgsinθ-μmgcosθ=ma
解得 a=g(sinθ-μcosθ)
(2)设斜面的最小长度为L.小球在最高点C时,由牛顿第二定律得
mg=m
对全过程,根据动能定理得
mg[Lsinθ-R(1+cosθ)]-μmgcosθ=m
联立上两式得,L=R
答:
(1)小球沿斜面下滑的加速度的大小是g(sinθ-μcosθ);
(2)斜面的长度至少为R.
如图所示,某人乘雪橇从雪坡经A点滑至B点,接着沿水平路面滑至C点停止.人与雪橇的总质量为70kg.表中记录了沿坡滑下过程中的有关数据,请根据图表中的数据解决下列问题:
(1)人与雪橇从A到B的过程中,损失的机械能为多少?
(2)设人与雪橇在BC段所受阻力恒定,求阻力大小(g=10m/s2)
正确答案
(1)从A到B的过程中,人与雪橇损失的机械能为:△E=mgh+m
-
m
△E=(70×10×20+×70×2.02-
×70×12.02)J=9100J.
(2)人与雪橇在Bc段做减速运动的加速度:a==
m/s=-2m/s2
根据牛顿第二定律:f=ma=70×(-2)N=-140N.
答:(1)人与雪橇从A到B的过程中,损失的机械能为9100J.
(2)设人与雪橇在BC段所受阻力的大小为140N.
如图所示,右端带滑轮的长木板放在水平桌面上,滑块A质量为M=2kg,连接滑块A和物体B的细线质量不计,与滑轮之间的摩擦不计,滑轮与A之间的细线沿水平方向,当B的质量为1kg时,A恰好不滑动(已知最大静摩擦力与滑动摩擦力相等),g取10m/s2,求当B的质量为1.75kg时:
(1)A的加速度是多大?
(2)细线对滑轮的作用力.
正确答案
(1)由题意可知:A恰好不滑动时,所受摩擦力为Fμ=mBg=1×10N=10N
当B的质量为1.75kg时
对A:F-Fμ=Ma ①
对B:mg-F=ma ②
由①②得:a=2m/s2,F=14N
(2)细线对滑轮的作用力为F合==14
N
且tanα==1,得α=45°所以细线对滑轮的作用力大小为14
N,与竖直方向夹角为45°.
答:
(1)A的加速度是2m/s2.
(2)细线对滑轮的作用力大小为14N,与竖直方向夹角为45°.
质量为50kg的人以4m/s2的加速度顺着竖直杆加速下滑,那么此人施于杆的摩擦力的大小是多少?方向如何?(g取10m/s2)
正确答案
人受重力,杆的摩擦力,牛顿第二定律:
mg-f=ma
解得:
f=300N
方向竖直向上
有牛顿第三定律知:
此人施于杆的摩擦力的大小300N
方向竖直向下
答:
此人施于杆的摩擦力的大小300N
方向竖直向下
如图所示,半径为2R的圆弧光滑轨道AB和半径为R的
圆弧粗糙轨道BC相切于B点,两轨道置于竖直平面内,O、O′分别为两圆孤的圆心,O、O′、B三点在一条竖直线上,在C点的上方紧靠C点处有一厚度不计的水平旋转平台,平台转动角速度为,沿平台的一条直径上开有两个小孔P、Q,两孔离轴心距离相等,旋转时两孔均能到达C点正上方,一质量为m的小球自A点由静止开始下滑,滑过C点后恰能无碰撞的穿过小孔P,后又恰好无碰撞的穿过小孔Q后落入轨道中,不计空气阻力.求:
(1)小球第一次滑过B点前、后瞬时对轨道的压力大小;
(2)小球第一次滑过C点时的速度大小;
(3)小球第一次经过BC段的过程中克服摩擦力所做的功.
正确答案
(1)小球从A点处滑至B点时速度为vB,由动能定理得:
mg•2R=mvB2,
小球从A点处滑至B点前瞬时,对轨道的压力为N1,由牛顿第二定律得:
N1-mg=m
小球从A点处滑至B点后瞬时,对轨道的压力为N2,由牛顿第二定律得:
N2-mg=m
解得:N1=3mg,N2=5mg
(2)小球从C点处滑出后,先做匀减速上升,后自由落体,根据题意得小球在空中的运动时间
t= (n=0,1,2,3…)
小球第一次向上滑过C点时的速度vC=,
vC=,(n=0,1,2,3…)
(3)小球从A至C的过程中,小球克服摩擦力做功为W,由动能定理得:
mgR-W═mvC2
解得:W=mgR-,(n=0,1,2,3…)
答:(1)小球第一次滑过B点前、后瞬时对轨道的压力大小分别是3mg,5mg;
(2)小球第一次滑过C点时的速度大小是 ,(n=0,1,2,3…);
(3)小球第一次经过BC段的过程中克服摩擦力所做的功是mgR-,(n=0,1,2,3…).
如图所示,一根长L=1.5m的光滑绝缘细直杆MN,竖直固定在场强为E=1.0×105N/C、与水平方向成θ=30°角的倾斜向上的匀强电场中.杆的下端M固定一个带电小球A,电荷量Q=+4.5×10-6C;另一带电小球B穿在杆上可自由滑动,电荷量q=+1.0×10-6C,质量m=1.0×10-2kg.现将小球B从杆的上端N静止释放,小球B开始运动(静电力常量k=9.0×109N•m2/C2,取g=10m/s2)
(1)小球B开始运动时的加速度为多大?
(2)小球B的速度最大时,距M端的高度h1为多大?
正确答案
(1)开始运动时小球B受重力、库仑力、杆的弹力和电场力,沿杆方向运动,
由牛顿第二定律得
mg-k-qEsinθ=ma
代入数据解得a=3.2 m/s2.
(2)小球B向下运动,受A的斥力增大,加速度减小,速度增大,
当小球B速度最大时合力减为零,
即k+qEsinθ=mg
代入数据解得:h1=0.9m
答:(1)小球B开始运动时的加速度为3.2 m/s2;
(2)小球B的速度最大时,距M端的高度h1为0.9m.
如图所示,物体m与天花板间的动摩擦因数为μ,当力F与水平方向夹角为θ时,物体沿天花板匀速运动.画出物体的受力图,并求力F的大小.
正确答案
物体受到重力mg、推力F、天花板的压力N和滑动摩擦力,画出物体的受力图如图.
由于物体做匀速运动,则有
水平方向:Fcosθ=f
竖直方向:Fsinθ=N+mg
又f=μN
联立解得 F=
答:画出物体的受力图如图所示,力F的大小为得.
如图所示,有两根足够长的光滑金属导轨PQ和MN,固定在水平面上,相距为L,在两导轨之间分布着竖直向上的匀强磁场,磁感应强度大小为B.将两根长均为L,电阻均为R的金属棒ab和cd放置在导轨上,ab的质量为m,cd的质量为2m.现用水平恒力F作用在金属棒ab上,使金属棒ab由静止开始沿导轨向左运动,经过一段时间后,金属棒ab和cd以相同的加速度运动.若导轨的电阻不计,求:
(1)金属棒ab和cd所具有的相同加速度的大小;
(2)在金属棒ab、cd以相同加速度运动过程中,当金属棒ab的速度是cd速度的2倍时,金属棒ab的速度大小;
(3)金属棒ab从静止开始运动达到(2)中所述状态时所经历的时间.
正确答案
(1)当金属棒ab和cd的加速度相同时,对它们构成的系统,根据牛顿第二定律,有:F=ma+2ma;
解得加速度 a=;
(2)当金属棒ab的速度是金属棒cd的速度的2倍时,即vab=2vcd;
对金属棒ab,由牛顿第二定律得F-=ma;
联立解得:vcd=;
vab=;
(3)对系统,由动量定理:Ft=mvab+2mvcd;
得:t=;
答:(1)金属棒ab和cd所具有的相同加速度的大小为;
(2)当金属棒ab的速度是cd速度的2倍时,金属棒ab的速度大小为;
(3)金属棒ab从静止开始运动达到(2)中所述状态时所经历的时间为.
如图所示,Q为固定的正点电荷,A、B两点在Q的正上方和 Q相距分别为 h和0.25h,将另一点电荷从 A点由静止释放,运动到B点时速度正好又变为零.若此电荷在A点处的加速度大小为g,试求:
(1)此电荷在B点处的加速度.
(2)A、B两点间的电势差(用Q和h表示)
正确答案
如图所示,长为L、内壁光滑的直管与水平地面成30°角固定位置.将一质量为m的小球固定在管底,用一轻质光滑细线将小球与质量为M=3m的小物块相连,小物块悬挂于管口.现将小球释放,一段时间后,小物块落地静止不动,小球继续向上运动,通过管口的转向装置后做平抛运动,小球在转向过程中速率不变(重力加速度为g).
求:(1)小物块下落过程中的加速度大小;
(2)小球从管口抛出时的速度大小;
(3)小球在做平抛过程中的水平位移.
正确答案
(1)设细线中的张力为T,根据牛顿第二定律:
Mg-T=Ma
T-mgsin30°=ma
且M=3m
解得a=g
答:小物块下落过程中的加速度大小为g.
(2)设M落地时的速度大小为v,m射出管口时速度大小为v0,M落地后m的加速度为a0.根据牛顿第二定律有:
-mgsin30°=ma0
解得a0=-gsin30°=-g
又由匀变速直线运动,
v2=2aLsin30°,
v02-v2=2a0L(1-sin30°)
解得v0=
答:小球从管口抛出时的速度大小为.
(3)小球做平抛运动有:
x=v0t
Lsin30°=gt2
解得水平位移x=L
答:小球在做平抛过程中的水平位移为=L.
如图所示为某工厂的货物传送装置,水平运输带与一斜面MP连接,运输带运行的速度为v0=5m/s.在运输带上的N点将一小物体轻轻的放在上面,N点距运输带的右端x=1.5m.小物体的质量为m=0.4kg,设货物到达斜面最高点P时速度恰好为零,斜面长度L=0.6m,它与运输带的夹角为θ=30°,连接M是平滑的,小物体在此处无碰撞能量损失,小物体与斜面间的动摩擦因数为μ1=.(g=10m/s2,空气空气阻力不计)求:
(1)小物体运动到运输带右端时的速度大小;
(2)小物体与运输带间的动摩擦因数;
(3)小物体在运输带上运动的过程中由于摩擦而产生的热量.
正确答案
(1)对物体在斜面上受力分析,由牛顿第二定律得,
mgsinθ+μ1mgcosθ=ma1,
v2=2a1L,
联立解得 v=3m/s.
(2)因为v<v0,所以物体在运输带上一直做匀加速运动.
设加速度为a2,由牛顿第二定律得,μmg=ma2,
v2=2a2x,
联立解得μ=0.3.
(3)设物体在运输带上运动的时间为t,t=,
物体与运输带的相对运动的距离为:△x=v0t-x,
产生的热量为:Q=μmg△x,
联立解得:Q=4.2J
答:(1)小物体运动到运输带右端时的速度大小是3m/s;
(2)小物体与运输带间的动摩擦因数是0.3;
(3)小物体在运输带上运动的过程中由于摩擦而产生的热量是4.2J.
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