- 牛顿运动定律
- 共29769题
高空火箭在起飞前某仪器舱内气体压强p=1atm,温度为T=300K;当该火箭以加速度a=g/2竖直向上运动后,舱内水银气压计显示的压强为p′=0.6atm,则此时舱内温度为______K.
正确答案
高空火箭在起飞前某仪器舱内气体压强p=1atm,
对水银气压计有P0=ρgh,
以a=g的加速度匀加速上升时,对气压计内的水银柱,根据牛顿第二定律有
P2S-mg=m•g
P2S=mg
以气体为研究对象,
P1=P0=1atm,T1=300k
P2= T2
m=ρhS 所以P2=0.9atm
根据理想气体状态方程,气体等容变化有:
=
解得T2=270K
故答案为:270K
(18分)如下图所示,让小球从图中的C位置由静止开始摆下,摆到最低点D处,摆线刚好被拉断,小球在粗糙的水平面上由D点向右做匀减速运动,到达小孔A进入半径R=0.3m的竖直放置的光滑竖直圆弧轨道,当小球进入圆轨道立即关闭A孔,小球恰好能做圆周运动。已知摆线长L=2m,,小球质量为m=0.5kg,D点与小孔A的水平距离s=2m,g取10m/s2。求:
(1)小球摆到最低点时的速度以及小球在最低点时对绳子的拉力
(2)小球运动到光滑竖直圆弧轨道最高点时的速度
(3)求粗糙水平面动摩擦因数μ。
正确答案
(1) (2)
(3)
试题分析:(1)对CD段应用动能定理,得
代入数据解得:m/s
在最低点有:
解得:
由作用力与反作用力的关系可知:小球在最低点对绳子的拉力为什10N。
(2)小球运动到光滑竖直圆弧轨道最高点时,,得
由动能定理得:
代入数据解得:小球在A点时的速度为
(3)对DA段应用动能定理,有,解得:
一弹簧秤秤盘的质量M=1.5kg,盘内放一个质量m=10.5kg的物体P,弹簧质量忽略不计,轻弹簧的劲度系数k=800N/m,系统原来处于静止状态,如图1-6所示。现给物体P施加一竖直向上的拉力F,使P由静止开始向上作匀加速直线运动。已知在前0.2s时间内F是变力,在0.2s以后是恒力。求力F的最小值和最大值各多大?取g=10m/s2。
正确答案
Fmin=72N,Fmax=168N。
试题分析:开始时,系统处于静止状态,弹簧的压缩量为x1=据题,在前0.2s时间内F是变力,在0.2s以后是恒力,说明在t=0.2s时物体P离开秤盘,秤盘对物体没有支持力,物体对秤盘也没有压力,而秤盘的加速度向上,说明此时弹簧处于压缩状态.设此时弹簧的压缩量为x2,对秤盘根据牛顿第二定律得:
kx2-Mg=Ma
0.2s内物体P位移为x=x1-x2=
联立解得,a=6m/s2.
根据题意,开始时物体Mm向上一起做匀加速运动根据牛顿定律可知,
很明显当弹力开始最大时,F最小,最小值为;当两物体脱离时,整体向上运动时,对物体P满足
,此时力F最大,
质量m=1kg的小滑块(可视为点)放在质量M=1kg的长木板右端,木板放在光滑水平面上。木板与滑块之间摩擦系数μ=0.1,木板长L =75cm。开始二者均静止。现用水平恒力F沿板向右拉滑块,如图1-5所示。试求:
(1)为使滑块和木板以相同的速度一起滑动,力F应满足什么条件?
(2)用水平恒力F沿板方向向右拉滑块,要使滑块在0.5s时间从木板右端滑出,力F应多大?
(3)滑块刚刚从木板上滑出时,滑块和木板滑行的距离各多大?取g=10m/s2。
正确答案
(1)F≤2N,(2)F=8N,(3)s木=0.875m;s块=0.125m。
试题分析:(1)木板靠滑动摩擦力作用而产生加速度的最大值为滑块和木板以相同的速度一起滑动,则对木块和木板的整体
2N,所以当F≤2N时滑块和木板以相同的速度一起滑动;(2)设滑块从木板右侧滑出时木板的位移为x,则对木板
,对滑块
,且
,解得F="8N" ; (3)解得x="0.125m," 滑块滑行的距离为0.875m,。
(16分) 如图所示为摩托车特技比赛用的部分赛道,由一段倾斜坡道AB与竖直圆形轨道BCD衔接而成,衔接处平滑过渡且长度不计.已知坡道的倾角θ=11.5°,圆形轨道的半径R=10 m,摩托车及选手的总质量m=250 kg,摩托车在坡道行驶时所受阻力为其重力的0.1倍.摩托车从坡道上的A点由静止开始向下行驶,A与圆形轨道最低点B之间的竖直距离h=5 m,发动机在斜坡上产生的牵引力F=2750 N,到达B点后摩托车关闭发动机.已知sin11.5°=,g取10 m/s2,求:
(1) 摩托车在AB坡道上运动的加速度;
(2) 摩托车运动到圆轨道最低点时对轨道的压力;
(3) 若运动到C点时恰好不脱离轨道,求摩托车在BC之间克服摩擦力做的功.
正确答案
(1)12 m/s2 (2)1.75×104 N,方向竖直向下;(3)1.25×104 J
试题分析: (1) 由受力分析与牛顿第二定律可知
F+mgsinθ-kmg=ma (2分)
代入数据解得a=12 m/s2 (2分)
(2) 设摩托车到达B点时的速度为v1,由运动学公式可得
v=2ah/sinθ,由此可得v1=10 m/s (2分)
在B点由牛顿第二定律可知
FN-mg=m (2分)
轨道对摩托车的支持力为FN=1.75×104 N (1分)
据牛顿第三定律,则摩擦车对轨道的压力为1.75×104 N (1分)
方向竖直向下 (1分)
(3) 摩托车恰好不脱离轨道时,在最高点速度为v2
由牛顿第二定律得mg=m (2分)
从B点到C点,由动能定理得-mg2R-Wf=mv
-
mv
(2分)
由此可解得Wf=1.25×104 J
如图所示,AB为半径R=0.8m的1/4光滑圆弧轨道,下端B恰与小车右端平滑对接.小车质量M=3kg,车长L=2.06 m,车上表面距地面的高度h=0.2m.现有一质量m=1kg的滑块,由轨道顶端无初速释放,滑到B端后冲上小车.已知地面光滑,滑块与小车上表面间的动摩擦因数μ=0.3,当车运行了1.5 s时,车被地面装置锁定.(g=10m/s2)试求:
(1)滑块到达B端时,轨道对它支持力的大小;
(2)车被锁定时,车右端距轨道B端的距离;
(3)从车开始运动到被锁定的过程中,滑块与车面间由于摩擦而产生的内能大小;
(4)滑块落地点离车左端的水平距离.
正确答案
(1)30 N(2)1 m(3)6 J(4)0.16 m
试题分析:(1)设滑块到达B端时速度为v,
由动能定理,得mgR=mv2
由牛顿第二定律,得FN-mg=m
联立两式,代入数值得轨道对滑块的支持力:FN=3mg=30 N.
(2)当滑块滑上小车后,由牛顿第二定律,得
对滑块有:-μmg=ma1
对小车有:μmg=Ma2
设经时间t两者达到共同速度,则有:v+a1t=a2t
解得t=1 s.由于1 s<1.5 s,此时小车还未被锁定,两者的共同速度:v′=a2t=1 m/s
因此,车被锁定时,车右端距轨道B端的距离:x=a2t2+v′t′=1 m.
(3)从车开始运动到被锁定的过程中,滑块相对小车滑动的距离Δx=t-a2t2=2 m
所以产生的内能:E=μmgΔx=6 J.
(4)对滑块由动能定理,得-μmg(L-Δx)=mv″2-
mv′2
滑块脱离小车后,在竖直方向有:h=gt″2
所以,滑块落地点离车左端的水平距离:x′=v″t″=0.16 m
点评:要根据牛顿第二定律和运动学公式,通过计算分析小车的状态,再求解车右端距轨道B端的距离,考查分析物体运动情况的能力.
倾角q=37°,质量M=5kg的粗糙斜面位于水平地面上,质量m=2kg的木块置于斜面顶端,从静止开始匀加速下滑,经t=2s到达底端,运动路程L=4m,在此过程中斜面保持静止(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2),求:
(1)斜面对木块的摩擦力大小。
(2)地面对斜面的支持力大小。
正确答案
(1)8N (2)67.6N
试题分析:(1)设木块下滑的加速度为a
由可得:
木块受力如图所示
由牛顿第二定律
所以:
(2)斜面受力如图所示
由竖直方向受力平衡可得地面对鞋面的支持力为
=
点评:本题要用隔离法隔离出研究对象,并对其进行受力分析,然后根据共点力平衡条件和牛顿第二定律列式求解。本题的第(2)问还可以把第(1)问求得的物体的加速度进行分解,用系统牛顿第二定律求解。
(8分)长为L的绳一端系于O点,另一端系一质量为3m的小球,如图所示,质量为m的子弹水平射入小球并留在其内,小球恰好能过最高处(O点上方L处),求子弹的初速度.
正确答案
试题分析:小球恰好能通过最高点B,知在最高点轨道对球的弹力为零,重力提供向心力,根据牛顿第二定律可得:,解得
小球从A点到B点,只有重力做功,机械能守恒,则由机械能守恒定律可得:
,解得
子弹水平射入小球并留在其内瞬间,小球与子弹组成的系统动量守恒,则,
解得 ,
故子弹的初速度为
。
所示,静止放在水平桌面上的纸带,其上有一质量为m=0.1 kg的铁块,它与纸带右端的距离为L=0.5 m,铁块与纸带间、纸带与桌面间动摩擦因数均为μ=0.1.现用力F水平向左将纸带从铁块下抽出,当纸带全部抽出时铁块恰好到达桌面边缘,铁块抛出后落地点离抛出点的水平距离为s=0.8 m.已知g=10 m/s2,桌面高度为H=0.8 m,不计纸带质量,不计铁块大小,铁块不滚动.求:
(1)铁块抛出时速度大小;
(2)纸带从铁块下抽出所用时间t1;
(3)纸带抽出过程产生的内能E
正确答案
(1)2 m/s (2)2 s (3)0.3 J
试题分析:(1)对铁块做平抛运动研究
,t=0.4s
则=2m/s
(2)铁块在纸带上运动时的加速度为a,
a=gμ=1m/s2
由vo=at得,t1=2s x1=2m
(3)摩擦力产生的热量包括上下两个面所产生,
Q上=mgμL=0.05J
Q下= mgμ(L+x1)=0.25J
所以Q= Q上+Q下=0.3J
点评:本题关键是先分析清楚物体的运动情况,然后运用平抛运动的分位移公式、牛顿运动定律和运动学公式联立列式求解;同时由功能关系及相对位移求产生的内能.
物体质量为m=6kg,在水平地面上受到与水平地面成θ=37°角的斜向下F=20N的推力作用,以10m/s的速度向右做匀速直线运动,求
(1)物体与地面间的摩擦因数。(2)撤去拉力后物体还能运动多大距离?(g取10m/s2)
正确答案
(1) (2)22.5m
试题分析:(1)对物体进行受力分析有
解得
(2)撤去推力后,根据牛顿第二定律有
由运动学公式得
点评:求摩擦力时,由于有推理作用,压力不等于重力,等于重力与推力竖直分量之和,
(9 分)如图所示,光滑水平面上的O处有一质量为m=2Kg物体。物体受到两个水平力的作用,F1=4N,F2=(2+2x)N,x为物体相对O的位移。物体从静止开始运动,问:
(1)当位移为x=0.5m时物体的加速度多大?
(2)在何位置物体的加速度最大?最大值为多少?
(3)在何位置物体的速度最大?最大值为多少?
正确答案
(1)(2)
(3)1m/s
试题分析:
(1)当x=0.5m时,F2=(2+2×0.5)N=3N
(2分)
(2)物体所受的合外力为
作出图如图所示:
从图中可以看出,当时,物体有最大加速度
。
当时,物体也有最大加速度
。
负号表示加速度方向向左。(4分)
(3)当物体的加速度为零时速度最大。从上述图中可以看出,当时,
,速度
最大。
从至
合外力所做的功为
根据动能定理,有
所以当时,物体的速度最大,为
(3分)
点评:牛顿第二定律连接了力和物体运动两个模块,加速度是关键
(8分)如图所示,质量为M=8kg、长度为L=2m的薄板放在光滑的水平面上,薄板右端放一个大小不计的质量为m=2kg的小物块,物块与薄板的动摩擦因素是0.2,在薄板右端加一水平恒力F=28N,
(1)假设小物块相对薄板静止,则小物块受到的摩擦力为多大?
(2)判断小物块与板会发生相对滑动吗?
(3)求经过2.5s,小物块相对于地的位移是多少?
正确答案
(1)5.6N(2)小物块与板会发生相对滑动(3)6m
(1)假设相对静止,对整体其加速度为
对m,其摩擦力提供加速度,故
(2)对m,其最大静摩擦力为,
,小物块与板会发生相对滑动。
(3)两者相对滑动,故物块此时加速度,板的加速度为
设经过物块从木板左端滑落,则
得
故物块在地面上又匀速滑动了,其速度为
,
总位移
本题考查力与运动的关系,判断摩擦力的方法为假设法,如果两物体相对静止,以整体为研究对象可求得加速度,对m,摩擦力提供加速度由此可求得摩擦力大小,当两者相对滑动时,分别以两个物体为研究对象,求得加速度大小,由相对运动知识和运动学公式找到等量关系列式求解
如图是某同学做引体向上时身体的速度-时间图象.此同学身体(除胳膊外)的质量为60kg.在0.25s时刻,该同学的胳膊给身体的力量是多大?(g取9.8m/s2)
正确答案
根据图象可知,a==
=0.4m/s2
根据牛顿第二定律得:
F-mg=ma
解得:F=612N
答:该同学的胳膊给身体的力量是612N
倾角θ=37°,质量M=5kg的粗糙斜面位于水平地面上。质量m=2kg的木块置于斜面顶端,从静止开始匀加速下滑,经t=2S到达底端,运动路程L=4m,在此过程中斜面保持静止()。求:
(1)物体到达底端时速度大小;
(2)地面对斜面的支持力大小;
(3)地面对斜面的摩擦力大小与方向
正确答案
(1)4m/s;(2)67.6N;(3)3.2N,方向水平向左。
(13分)(1)木块做加速运动L=at2,(2分)
所以:a==2m/s2,(1分)
到达底端时速度v=at=4m/s(1分)
(2)对木块由牛顿定律mgsinq-f1=ma,(2分)
f1=mgsinq-ma=8N,(1分)
N1=mgcosq=16N,(1分)
地面对斜面的支持力N2=Mg+N1cosq+f1sinq=67.6N,(2分)
(3)对斜面由共点力平衡,地面对斜面的摩擦力f2=N1sinq-f1cosq=3.2N,(2分)方向水平向左,(1分)
(7分)质量为m=10kg的物体A在水平推力F=100N力的作用下,从静止开始做匀加速直线运动,已知A与地面的动摩擦因素为=0.2,
g=10米/秒。。求:
(1)物体A的加速度
(2)若外力只作用1s钟,求A从静止开始到最后静止的位移共为多大。
正确答案
(1)
(2)20m
解:(1)根据牛顿第二定律: (2分)
(1分)
(2)外力作用1s内位移:
(1分)
撤力时速度
撤力后加速度
(2分)
位移共为 (1分)
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