- 牛顿运动定律
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(16分)如图所示,一根内壁光滑的直角三角形玻璃管子处于竖直平面内,倾斜角为θ= 37°,让两个小球分别从顶点A由静止开始出发,一个球沿AC滑下,到达C所用的时间为t1,另一个球竖直自由下落经过B到达C,所用的时间为t2,在转弯处有个极小的光滑圆弧,可确保小球转弯时无机械能损失,且转弯时间可以忽略不计。问:
(1)计算t1∶ t2的值;
(2)若用同样的玻璃管把ABC轨道改为如图所示的ADEFC(在转弯处均有个极小的光滑圆弧),仍让小球从A静止开始运动,依次通过D、E、F后到达C点所用时间为t3,试定性说明t3和t1、t2的大小关系。
正确答案
解:(1)设内壁光滑的直角三角形玻璃管三边AB、BC、AC分别为3l、4l、5l,由AC边滑下,根据牛顿第二定律可得加速度a=gsinθ=6m/s2。
由5l=at12,解得t1=5。
沿ABC滑下,在AB段由3l=gt212,解得t21=。
沿水平段BC运动速度,v= gt21=,
由4l=vt22,解得t22=。
t2= t21 +t22=5。
t1∶ t2=1 ∶ 1。
即两球同时释放同时到达。
(2)若用同样的玻璃管把ABC轨道改为如图所示的ADEFC,若球沿ADEF到C,则可判断小球在水中管中运动时间是相等的。沿DE运动时速度比在BC中运动时要小,故在水平管中运动时间长,所以沿ABC管运动时间比沿ADEFC的时间要短一些,所以t3> t2= t1.
应用牛顿第二定律和运动学公式列方程解答。
物体放在电梯的水平地板上,当电梯加速上升时,电梯对物体的支持力______(填“大于,小于,等于”)物体的重力,物体是处在______(填“超重,失重”)状态.
正确答案
电梯加速上升,对物体,由牛顿第二定律得:FN-mg=ma,解得:FN=m(g+a)>mg,物体处于超重状态.
故答案为:大于;超重.
如图示质量都是m的A、B两物体之间用弹簧相连,弹簧的质量不计.A物体用线悬挂,使系统处于平衡状态.悬线突然被烧断的瞬间,A物体的加速度大小是______m/s2,B物体的加速度是______m/s2.
正确答案
悬线被烧断前,根据平衡条件得
对B物体:弹簧的拉力F1=mg,
对整体:悬线的拉力F2=2mg
当悬线突然被烧断的瞬间,F2=0,F1=mg,则此瞬间A的合力等于大小等于F2=2mg,
根据牛顿第二定律得
对B:aB==0
对A:aA==2g
故本题答案是:2g;0
如下图所示,设AB段是距水平传送带装置高为H=1.5m的粗糙斜面,水平段BC使用水平传送带装置,BC长L=5m,与货物间的摩擦因数为μ=0.4,皮带轮的半径为R=0.2m,转动的角速度为ω=15rad/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,从B点运动到C点所用时间是1.5s,且知货物从B点开始做匀减速运动,到达C点前已相对传送带静止,试求货物在斜面上运动时克服摩擦力所做的功。(g取10m/s2)
正确答案
2.5J
水平传送带的速度为v0="Rω=3m/s" (1分)
由牛顿第二定律,得μmg="ma" (1分)
又 v0=vB-at1(1分)
(1分)
L-L1=v0t2 (1分)
t1+t2="t" (1分)
由动能定理,得 (1分)
联立解得 Wf="2.5J" (1分)
(10分)如图所示,甲为操作上一质量不计的竖直滑杆,滑杆上端固定,下端悬空,为了研究学生沿杆下滑的情况,在杆的顶部装有一拉力传感器,可显示杆的顶端所受拉力的大小,现有一学生手握滑杆,从杆的上端由静止开始下滑,下滑5s后这个学生的下滑速度为零,并用手紧握住滑杆保持静止不动,以这个学生开始下滑时刻为计时起点,传感器显示的力随时间变化的情况如图乙所示。g=10m/s2,求:
(1)该学生下滑过程中的最大速度;
(2)5s内该学生下滑的距离。
、
正确答案
略
如图所示,水平地面上放有质量均为m=" 1" kg的物块A和B,两者之间的距离为l =" 0.75" m。A、B与地面的动摩擦因数分别为μ1= 0.4、μ2= 0.1。现使A获得初速度v0向B运动,同时对B施加一个方向水平向右的力F=" 3" N,使B由静止开始运动。经过一段时间,A恰好追上B。g 取10 m/s2。求:
小题1:A初速度的大小v0;
小题2:从开始运动到A追上B的过程中,力F对B所做的功。
正确答案
小题1:
小题2:0.75J
(1)对B,由牛顿第二定律得:
设A经过t时间追上B,对A,由牛顿第二定律得:
恰好追上的条件为:
代入数据解得:,
(2)
如图所示,在水平地面上有一质量为4.0kg的物块,它与地面间的动摩擦因数μ=0.2,在与水平方向夹角为30°的斜向上的拉力F作用下,由静止开始运动。经过2.0s的时间物块发生了4.0m的位移。( g取10 m/s2)
试求:(1)物体的加速度大小;
(2)拉力F的大小。
正确答案
(1)2m/s2 (2)26.4N
(1)设物体以加速度a做匀加速直线运动,
根据
(2)取物体为研究对象进行受力分析如图所示:
将F分解为
又 因为
所以 ,则物体所受合力F合=F1-f
根据牛顿第二定律可知: F合=ma
F=26.4N(或者)
科研人员乘气球进行科学考察.气球、座舱、压舱物和科研人员的总质量为990 kg.气球在空中停留一段时间后,发现气球漏气而下降,及时堵住.堵住时气球下降速度为1 m/s,且做匀加速运动,4 s内下降了12 m.为使气球安全着陆,向舱外缓慢抛出一定的压舱物.此后发现气球做匀减速运动,下降速度在5分钟内减少了3 m/s.若空气阻力和泄漏气体的质量均可忽略,重力加速度g=9.89 m/s2,求抛掉的压舱物的质量.
正确答案
见解析
由牛顿第二定律得:mg-f=ma
抛物后减速下降有:
Δv=a/Δt
解得:
一根置于水平面上光滑玻璃管内部,两个完全一样的质量为 m的弹性金属小球A和B,它们分别带+9Q和-Q的电量,由如图位置静止释放,当小球再次经过图中位置时速度大小均为V,则A的加速度为释放前的______倍,系统电势能______(增加、减少)______.
正确答案
碰撞后两球的带电量均为q==4Q,经过图示位置时两球间距离为r,则根据库仑定律和牛顿第二定律得
碰撞前经过图示位置时:k=ma1
碰撞后经过图示位置时:k=ma2,
则得a1:a2=9:16,得a2=a1,即当小球再次经过图中位置时速度大小均为V,A的加速度为释放前的
倍.
由题知,两球从静止释放后再次经过图示位置时动能增加,碰撞过程机械能守恒,则根据能量守恒分可知,系统的电势能减小2×mv2=mv2.
故答案为:,减小,mv2.
两个带正电的粒子A、B以平行于电场的方向进入同一足够大的匀强电场,初速度方向与电场方向相反,已知两粒子飞入电场时的初动能相同,两粒子的质量之比mA:mB=1:4,电荷量之比qA:qB=1:2,则两粒子进入电场后的最大位移之比sA:sB=______,到达最大位移所需时间之比为tA:tB=______.
正确答案
由题意可知,达到最大位移时,速度为零,
根据动能定理可知,0-m
=-qEs,则有最大位移与电量成反比,所以最大位移之比为2:1,
根据牛顿第二定律可知,加速度a与成正比,即为aA:aB=
:
=2:1,
由位移公式s=at2,可知,到达最大位移所需时间之比为1:1.
故答案为:2:1;1:1.
一个滑雪人,从85m长的山坡上匀加速滑下,初速度是1.8m/s,滑到山坡底端的末速度是5.0m/s,求:
(1)下滑过程中的平均速度;
(2)下滑的加速度a;
(3)下滑的时间t。
正确答案
(1)3.4m/s (2) (3)25s
试题分析:(1) 匀变速直线运动的平均速度等于初、末速度的算术平均值,即
(2)根据匀变速直线运动速度与位移的关系有
所以
(3)根据速度公式
解得t=25s
点评:熟练掌握匀变速直线运动的几个重要公式。
(15分)图示为一固定在水平地面上的轨道ABC,AB与水平面间的夹角为θ=37°,BC水平.一小物体(可视为质点)放在A处,小物块与轨道AB间的动摩擦因数为u1=0.25,与轨道BC间的动摩擦因数u2=0.20.现在给小物体一个沿斜面向下的初速度v0=2m/s,小物体经过B处时无机械能损失,小物体最后停留在B点右侧4m处的C点(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2).求:
(1)小物体在AB面上运动时的加速度大小a;
(2)小物体到达B处时的速度大小v;
(3)斜面AB的长为L.
正确答案
(1)4m/s2 (2)4m/s (3) 1.5m
试题分析:(1)在AB段由牛顿第二定律有:
mg sinθ-μ1mgcosθ=ma ………….. ( 3分)
解得:a=4m/s2 ………….. (2分)
(2)由B到C应用动能定理有:…….. (3分)
解得:v=4m/s ………….. (2分)
(3)由运动学公式有:v2 – v02 = 2aL ………….. (3分)
解得:L = 1.5m ………….. (2分)
如图所示,一个小球从光滑斜面上无初速度滚下,然后进入一个半径为r=0.5m的光滑圆形轨道的内侧,小球恰能通过轨道的最高点,则小球下滑的高度h为 m,通过最低点时小球的向心加速度为 m/s2。(g="10" m/s2)
正确答案
1.25 50
试题分析:在圆轨道最高处,小球恰好通过轨道的最高点,只有重力提供向心力,可以由牛顿第二定律知道此处的速度为
, 由机械能守恒
,解出
m;设小球到最低点时的速度为
,由机械能守恒
m/s, 通过最低点时小球的向心加速度
m/s2。
如图所示,一个人用与水平方向成= 300角的斜向下的推力F推一个质量为20 kg的箱子匀速前进,如图(a)所示,箱子与水平地面间的动摩擦因数为
=0.40.
求:
(1)推力F的大小;
(2)若该人不改变力F的大小,只把力的方向变为与水平方向成300角斜向上去拉这个静止的箱子,如图(b)所示,拉力作用2.0 s后撤去,箱子最多还能运动多长距离?(g取10 m/s2).
正确答案
(1) 120N (2)13.5m
试题分析:(1)在图(a)情况下,箱子匀速前进,对箱子有
由以上三式得F=120N.
(2)在图(b)情况下,物体先以加速度做匀加速运动,然后以加速度
做匀减速运动直到停止.对物体有
解得.
点评:关键是物体的受力情况分析和运动情况分析,分清物体的运动过程,采用牛顿运动定律和运动学公式结合求解是基本方法。
如图所示(a),一个质量为m0的物体放在光滑的水平桌面上,当用20N的力F通过细绳绕过定滑轮拉它时,产生2m/s2的加速度.现撤掉20N的拉力,在细绳下端挂上重为20N的物体m,如图所示(b),则前、后两种情况下绳的拉力分别为T1=_______N,T2="________N" (g取10m/s2)
正确答案
20N, 16.7N
试题分析:由牛顿第二定律的,
。第一种情况
;第二种情况,
,
点评:中等难度。本题中第二种情况中绳子拉力不等于m的重力,因为m合力不为零。
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