- 牛顿运动定律
- 共29769题
如图所示,在场强为E的匀强电场中,一绝缘轻质细杆l可绕点O点在竖直平面内自由转动,另一端有一个带正电的小球,电荷量为q,质量为m ,将细杆从水平位置A自由释放运动至最低点B处的过程中:
(1)请说明电势能如何变化?变化了多少?
(2)求出小球在最低点时的动能?
(3)求在最低点时绝缘杆对小球的作用力?
正确答案
(1) qEl (2) mgl+Eql (3) T=3mg+2Eq
试题分析:(1)小球从A位置至B位置的过程中
小球电势能的变化 则电势能减少了qEl
(2)从A到B过程中,由动能定理得:
mgl+Eql=mvB2/2-0 ①
则mvB2/2= mgl+Eql
(3)当小球到达B点时,杆对球的拉力和重力的合力竖直向上提供向心力:
T-mg= mvB2/l ②
由①②式解得T=3mg+2Eq
点评:解决本题的关键知道电场力做正功,电势能减小,电场力做负功,电势能增加.以及会用动能定理求出小球在最低点的速度.
(12分)质量为m=1.0 kg的小滑块(可视为质点)放在质量为M=3.0 kg的长木板的右端,
木板上表面光滑,木板与地面之间的动摩擦因数为μ=0.2,木板长L=1.0 m.开始时两
者都处于静止状态,现对木板施加水平向右的恒力F=12 N,如图19所示,经一段时
间后撤去F.为使小滑块不掉下木板,试求:用水平恒力F作用的最长时间.(g取10 m/s2)
正确答案
1 s
撤力前后木板先加速后减速,设加速过程的位移为x1,加速度为a1,加速运动的时间为t1;减速过程的位移为x2,加速度为a2,减速运动的时间为t2.由牛顿第二定律得
撤力前:F-μ(m+M)g=Ma1
解得a1= m/s2
撤力后:μ(m+M)g=Ma2
解得a2= m/s2
x1=a1t12,x2=
a2t22
为使小滑块不从木板上掉下,应满足x1+x2≤L
又a1t1=a2t2
由以上各式可解得t1≤1 s
即作用的最长时间为1 s.
如图所示,薄木板A长l=5.0m,质量M=5.0kg,放在水平桌面上,板右端与桌面相齐,在A上距右端s=3.0m处放一小物块B,质量m=2.0kg,已知A、B间动摩擦因数μ1=0.1,A与桌面间和B与桌面间的动摩擦因数μ2=0.2,原来系统静止,现对平板A施加一个水平向右、大小恒定的拉力F,作用一段时间,将平板A从小物块B的下面抽出,且小物块B最后恰好停在桌面的右端边缘。取g=10m/s2,求:
(1)B运动到桌边的时间t;
(2)拉力F的大小。
正确答案
(1)3s (2)26N
(1)对于B,在未离开A时,其运动加速度大小为:
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
设B从A上掉下时,其速度为v,则由题给条件应有:
代入s及a1、a2的值解得:v=2m/s
则自A开始运动至B从A上掉下的这一过程中,经历的时间t1、B减速运动到桌边经历时间为t2,则
故B运动的时间是:t=t1+t2=3s
(2)设自A开始运动至B从A上掉下的这一过程中,B的位移为s1B、A的位移为s1A
则:="2m " s1A=(l-s)+s1B=2m+2m=4m
以aA表示这段时间内A的加速度,则有
对A由牛顿第二定律应有F-μ1mg-μ2(M+m)g=MaA
代入数据解得F=26N
如图所示,天花板上用细绳吊起两个用轻弹簧相连的两个质量相同的小球.两小球均保持静止,g=l0m/s2.当突然剪断细绳时,上面小球A的加速度人小是______m/s2,下面小球B的加速度大小是______m/s2.
正确答案
设两球质量为m.
悬线剪断前,以B为研究对象可知:弹簧的弹力F=mg,以A、B整体为研究对象可知悬线的拉力为2mg;
剪断悬线瞬间,弹簧的弹力不变,F=mg,根据牛顿第二定律得
对A:mg+F=maA,又F=mg,得aA=2g=20m/s2,
对B:F-mg=maB,F=mg,得aB=0
故答案为:20m/s2;0
质量为m=3kg的木块放在倾角为θ=30°的足够长斜面上,木块可以沿斜面匀速下滑。若用沿斜面向上的力F作用于木块上,使其由静止开始沿斜面向上加速运动,经过t=2s时间物体沿斜面上升4m的距离,求力F的大小? (g取10m/s2)
正确答案
21N
试题分析:对木块进行受力分析,木块沿斜面匀速下滑时
由静止开始沿斜面向上加速运动
解得
根据牛顿第二定律
解得F=21N
点评:匀速下滑时受力平衡,可以求得动摩擦因数。本题属于已知运动情况分析受力情况。
(14分)如图所示,足够长的传送带与水平面倾角θ=37°,以12米/秒的速率逆时针转动。在传送带底部有一质量m = 1.0kg的物体,物体与斜面间动摩擦因数μ= 0.25,现用轻细绳将物体由静止沿传送带向上拉动,拉力F = 10.0N,方向平行传送带向上。经时间t = 4.0s绳子突然断了,(设传送带足够长)求:
(1)绳断时物体的速度大小;
(2)绳断后物体还能上行多远;
(3)从绳断开始到物体再返回到传送带底端时的运动时间。 (g = 10m/s2,sin37°= 0.6,cos37°= 0.8,)
正确答案
(1)8.0m/s (2) 4.0m(3)3.3s
(1)物体开始向上加速运动,受重力mg,摩擦力Ff,拉力F,设加速度为a1,
F – mgsinθ- Ff = ma1
Ff = μFN
FN = mgcosθ
得a1 =" 2.0m" / s2 ‑‑‑‑‑‑‑‑(2分)
t = 4.0s时物体速度v1 =a1t =" 8.0m/s" ‑(1分)
(2) 绳断时,物体距传送带底端s1 =a1t 2 /2= 16m.
设绳断后 -mgsinθ- μmgcosθ= ma2
a2 =" -8.0m" / s2 ‑‑(2分)
t2 = -= 1.0s ‑‑(2分)
减速运动位移s2=v1t2+ a2t2 2 /2=4.0m‑‑(2分)
(3)物体加速下滑, mgsinθ+ μmgcosθ= ma2
a3 =" 8.0m" / s2
当物体与传送带共速时向下运动距离s3=v2/(2a3)=9m‑(2分)
用时t3 =" v" / 3=1.5s‑‑‑‑‑‑(2分)
共速后摩擦力反向,由于mgsinθ 大于 μmgcosθ,物体继续加速下滑
下滑到传送带底部的距离为
设下滑时间为由
得
得:
本题考查牛顿第二定律的应用,物体向上运动过程中由拉力重力沿斜面向下的分力和摩擦力提供加速度,由运动学公式可求得4s末的速度大小,绳子断后,物体沿传动带向上减速运动,由重力和摩擦力提供加速度,再由运动学公式求得运动时间,由位移和时间的关系求得位移大小
(6分)如图所示,质量kg的木块套在水平杆上,并用轻绳与质量
kg的小球相连。今用跟水平方向成
角的力F=
N拉着球带动木块一起向右匀速运动,运动中M、m相对位置保持不变,取g =10m/s2。求:
(1)运动过程中轻绳与水平方向夹角
;
(2)木块与水平杆间的动摩擦因数。
正确答案
⑴ (2)0.35
⑴隔离m受力分析,建立直角坐标系X1O1Y1,
由平衡方程,得:
X1方向: ① (3分)
Y1方向: ② (3分)
联立①②解得: (2分)
⑵隔离M受力分析,建立直角坐标系X2O2Y2,
由平衡方程,得:
X2方向: (2分)
Y2方向: (2分)
(2分)
联立解得:
(2分)
本题考查的是牛顿定律的应用问题,首先根据受力平衡方程可以解出运动过程中轻绳与水平方向夹角;再根据平衡方程解出木块与水平杆间的动摩擦因数
;
如图所示,小车上放着由轻弹簧连接的质量为mA=1kg,mB=0.5kg的A、B两物体,两物体与小车间的最大静摩擦力分别为4N和1N,弹簧的劲度系数k=0.2N/cm 。
(1)为保证两物体随车一起向右加速运动,弹簧的最大伸长是多少厘米?
(2)为使两物体随车一起向右以最大的加速度向右加速运动,弹簧的伸长是多少厘米?
正确答案
(1) 0.1m (2)3.33cm
(1) 为保证两物体随车一起向右加速运动,且弹簧的伸长量最大,A、B两物体所受静摩擦力应达到最大,方向分别向右、向左。
对A、B作为整体应用牛顿第二定律
(3分) 对A应用牛顿第二定律
x =" 0.1m "
(2) 为使两物体随车一起向右以最大的加速度向右加速运动, A、B两物体所受静摩擦力应达到最大,方向均向右。
对A、B作为整体应用牛顿第二定律
对A应用牛顿第二定律
x =" 3.33cm"
物体在水平地面上受到水平推力的作用,在6s内力F的变化和速度v的变化如图所示,则物体的质量和物体与地面的动摩擦因数分别为______、______.
正确答案
由v-t图象看出,物体在2s-6s做匀速直线运动,则f=F2=1N
由速度图象可知,0-2s物体加速度为a==
=0.5m/s2
F=3N
由牛顿第二定律得:F-f=ma
代入解得:m=4kg,
(3)由f=μN=μmg
得:μ=0.025
故答案为:4kg,0.025
如图,固定于竖直面内的粗糙斜杆,与水平方向夹角为30°,质量为m的小球套在杆上,在大小不变的拉力作用下,小球沿杆由底端匀速运动到顶端.为使拉力做功最小,拉力F与杆的夹角α=______,拉力大小F=______.
正确答案
∵小球匀速运动,由动能定理得;WF-Wf-WG=0
要使拉力做功最小则Wf=0,即摩擦力为0,则支持力为0.
分析小球受的各力然后正交分解列方程:
垂直斜面方向:Fsinα=mgcos30°
沿斜面方向:Fcosα=mgsin30°
解以上两方程得:α=60°,F=mg
故答案为:α=60°,F=mg
(12分)如图(a)所示,“ ”型木块放在光滑水平地面上,木块的水平表面AB粗糙,与水平面夹角θ=37°的表面BC光滑。木块右侧与竖直墙壁之间连接着一个力传感器,当力传感器受压时,其示数为正值;当力传感器被拉时,其示数为负值。一个可视为质点的滑块从C点由静止开始下滑,运动过程中,传感器记录到的力和时间的关系如图(b)所示。(已知sin37°=0. 6,cos37°=0.8,取g=10m/s2。)求:
(1)斜面BC的长度L;
(2)滑块的质量m;
(3)运动过程中滑块克服摩擦力做的功W。
正确答案
(1)3m(2)m=2.5kg(3)40J
(1)分析滑块受力,由牛顿第二定律得:
得:a1=gsinq=6m/s2
通过图像可知滑块在斜面上运动时间为:t1=1s
由运动学公式得:L=a1t12=3m (4分)
(2)滑块对斜面的压力为:N1′=mgcosq
木板对传感器的压力为:F1=N1′sinq
由图像可知:F1=12N
解得:m=2.5kg (4分)
(3)滑块滑到B点的速度为:v1=a1t1=6m/s
由图像可知:f1=5N,t2=2s
a2=f/m=2m/s2
s=v1 t2-a2t22=8m
W=fs=40J (4分)
本题考查对牛顿第二定律的应用,先以滑块为研究对象进行受力分析,根据牛顿第二定律求得加速度大小,再由图像可知滑块在斜面生运动的时间为1s,由匀变速直线运动的位移和时间可求得位移大小,由受力分析可求得滑块对斜面的正压力大小,滑块滑到B点的速度由加速度和时间求得,再由位移与时间的关系可求得位移大小,求得摩擦力做功大小
(12分)一质量为M=4.0kg、长度为L=3.0m的木板B,在大小为8N、方向水平向右的拉力F作用下,以v0=2.0m/s的速度沿水平地面做匀速直线运动,某一时刻将质量为m=1.0kg的小铁块A(可视为质点)轻轻地放在木板上的最右端,如图所示。若铁块与木板之间没有摩擦,求:二者经过多长时间脱离。(重力加速度g取10m/s2)
正确答案
故2秒后A与B脱离
由木版匀速运动时有, ;得
,(3分)
加一个力物块后,木版做匀减速运动:
求出: ,;(3分)
物块放在木版上相对地面静止,木版匀减速运动的距离L后物块掉下来。
由: 得:
解得:
(舍去)(3分)
故2秒后A与B脱离。
本题考查牛顿第二定律的应用,木板匀速运动时拉力F等于受到的摩擦力,从而求得动摩擦因数大小,把物块放上木板后,以木板为研究对象,受到地面的摩擦力和拉力F的作用求得木板加速度大小,物块放在木版上相对地面静止,木版匀减速运动的距离L后物块掉下来,由匀减速直线运动的位移和时间的关系可求得时间大小
(12分) 如图所示,物体在有动物毛皮的斜面上运动.由于毛皮表面的特殊性,引起物体的运动有如下特点:①顺着毛的生长方向运动时毛皮产生的阻力可以忽略;②逆着毛的生长方向运动会受到来自毛皮的滑动摩擦力.
(1)试判断如图所示情况下,物体在上滑还是下滑时会受到摩擦力?
(2)一物体在有动物毛皮的斜面底端以初速度v0=2 m/s冲上足够长的斜面,斜面的倾斜角为θ=30°,过了t=1.2 s物体回到出发点.若认为毛皮产生滑动摩擦力时,动摩擦因数μ为定值,g取10 m/s2,则μ的值为多少?
正确答案
(1)下滑时受摩擦力 (2)0.433
(1)因毛的生长方向向上,故物体上滑时不受摩擦力,而下滑时受到摩擦力.
(2)上滑过程:
mgsin θ=ma1,
v0-a1t1=0,
x=
下滑过程:
mgsin θ-μmgcos θ=ma2,
x=a2t
,
又t=t1+t2
以上各式联立可求得μ==0.433
本题考查牛顿第二定律的应用,上划过成中重力沿斜面向下的分力提供加速度,再由运动学公式可求得上画的位移与时间,下滑过程中重力沿斜面向下的分力与摩擦力的合力提供加速度,同样由运动学公式可求得运动时间和动摩擦因数
(2011年广东惠州调研)有一种大型游戏机叫“跳楼机”,参加游戏的游客被安全带固定在座椅上,由电动机将座椅沿光滑的竖直轨道提升到离地面40 m高处,然后由静止释放.可以认为座椅沿轨道做自由落体运动2 s后,开始受到恒定阻力而立即做匀减速运动,且下落到离地面4 m高处时速度刚好减小到零.然后再让座椅以相当缓慢的速度稳稳下落,将游客送回地面.(取g=10 m/s2)求:
(1)座椅在自由下落结束时刻的速度是多大?
(2)座椅在匀减速阶段的时间是多少?
(3)在匀减速阶段,座椅对游客的作用力大小是游客体重的多少倍?
正确答案
(1)20 m/s (2)1.6 s (3)2.25
(1)设座椅在自由下落结束时刻的速度为v,
由v=gt1 得:v=20 m/s.
(2)设座椅自由下落和匀减速运动的总高度为h,总时间为t,则h=40-4=36(m)
由h=t 得:t=3.6 s
设座椅匀减速运动的时间为t2,则t2=t-t1=1.6 s.
(3)设座椅匀减速阶段的加速度大小为a,座椅对游客的作用力大小为F,由v=at2,得a=12.5 m/s2
由牛顿第二定律得:F-mg=ma
所以=2.25.
如图所示,绷紧的传送带始终保持着大小为=4m/s的速度水平匀速运动。一质量
=1kg的小物块(可看作质点)无初速地放到皮带A处,物块与皮带间的滑动动摩擦因数
=0.2,A、B之间距离
=6m。取
。
1)试判断物块刚放上传送带时所受摩擦力的方向;
(2)求物体运动到传送带右端B时的速度;
(3)求物块从A运动到B的过程中摩擦力对物体做多少功?
正确答案
(1)摩擦力方向水平向右 (2) (3)
(1)物块刚放上传送带时,物块相对地的速度为零,传送带相对地的速度向右运动,所以物块相对传送带向左运动,即物块受到传送带的摩擦力方向水平向右。
(2)假设物块速度达到时,位移为x,传送带对物块的摩擦力提供加速度,
,a=
=0.2
10=2m/s2,由
得到
,因位移小于6m,所以物块在后2m做匀速运动,即物块的速度
。
(3)物块从A运动到B的过程中摩擦力对物体做的功等于物块增加的动能, 。
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