- 牛顿运动定律
- 共29769题
质量m =" 2.0×10" -4kg、电荷量q = 1.0×10-6C的带正电微粒静止在空间范围足够大的匀强电场中。求:(取g = 10m/s2)
⑴ 匀强电场的电场强度E1的大小和方向;
⑵ 在t = 0时刻,电场强度大小增加到E2 = 4.0×103N/C,方向不变,求:微粒在t = 0.20s的速度大小;
⑶ 在⑵的情况中,求t=0.20s时间内带电微粒的电势能变化。
正确答案
静止qE1 = mg,E1 = mg/q = 2.0×103N/C,方向竖直向上。
⑵在E2电场中,设带电微粒向上的加速度为a,根据牛顿第二定律
q E2 – mg = ma解得:a= 10m/s2;v = at = 2m/s;
⑶ 在t = 0.20s时间内电场力对带电微粒做正功,电势能减少
ΔEp =" –" qE2h =" –" at2 qE2/2 =" –" 8.0×10-2J。
略
实验装置如图甲所示,一木块放在水平长木板上,左侧拴有一细软线,跨过固定在木板边缘的滑轮与一重物相连.木块右侧与打点计时器的纸带相连,在重物牵引下,木块在木板上向左运动,重物落地后,木块继续向左做匀减速运动,如图乙所示给出了重物落地后,打点计时器在纸带上打出的一些点,试根据给出的数据,求木块与板间的动摩擦因数μ.要求写出主要的运算过程,结果保留两位有效数字.(打点计时器所用交流电频率为50 Hz,不计纸带与木块间的拉力,取重力加速度g="10" m/s2)
图甲
图乙
正确答案
以a表示加速度,根据匀变速直线运动的规律,有:
Δs=[(s5-s1)+(s6-s2)+(s7-s3)+(s8-s4)]=4aT2
又知T="0.04" s,解得:a="-3.0" m/s2
重物落地后木块受摩擦力的作用,以m表示木块的质量,根据牛顿定律有:
-μmg=ma,解得:μ="0.30. "
由给出的数据可知,重物落地后,木块在连续相等的时间T内的
位移分别是:s1="7.72" cm,s2="7.21" cm,s3="6.71" cm,s4="6.25" cm,s5="5.76" cm,s6="5.29" cm,s7="4.81" cm,s8="4.31" cm.
以a表示加速度,根据匀变速直线运动的规律,有:
Δs=[(s5-s1)+(s6-s2)+(s7-s3)+(s8-s4)]=4aT2
又知T="0.04" s,解得:a="-3.0" m/s2
重物落地后木块受摩擦力的作用,以m表示木块的质量,根据牛顿定律有:
-μmg=ma,解得:μ="0.30. "
如图所示,长为L细线的一端固定在 A点,另一端系质量为m的小球,AB是过A的竖直线,且AB=L,E为AB的中点,过E作水平线 EF,在EF上某一位置钉一小钉D。现将小球悬线拉至水平,然后由静止释放,不计线与钉碰撞时的机械能损失。
(1)若钉子在E点位置,则小球经过B点前瞬间,求绳子拉力T的大小。
(2)若小球要恰好能绕钉子在竖直平面内做圆周运动,求钉子钉在D的位置离E点的距离x。
(3)保持小钉在(2)问中的D位置不变,让小球从图示的P点静止释放,当小球运动到最低点时,若细线刚好达到最大张力而断开,且小球运动的轨迹经过B点。试求细线能承受的最大张力Tm.
正确答案
(1);(2)
;(3)T=
试题分析:(1)令小球落到B点的速度为v,据机械能守恒有:
① (1分)
过B点前,根据牛顿运动定律
② (1分)
解①②得: (1分)
(2)小球恰好在竖直平面内做圆周运动,在最高点速度为,半径为R,D点距E点x,则
③(1分)
又 ④ (1分)
由几何关系: ⑤ (1分)
联立以上三式得:
(2分)
(3)小球做圆周运动在最低点的速度为v2,据牛顿运动定律有
⑥ ( 1分)
线断后小球做平抛运动轨迹过B点,
水平方向 ⑦ (1分)
竖直方向 ⑧ (1分)
由⑦⑧⑨可得:T= (1分)
(6分)某同学用图(a)所示的实验装置验证牛顿第二定律:
(1)通过实验得到如图(b)所示的a—F图象,造成这一结果的原因是:在平衡摩擦力时木板与水平桌面的倾角 (填“偏大”或“偏小”)。
(2)该同学在平衡摩擦力后进行实验,为了便于探究、减小误差,应使小车质量M与砝码和盘的总质量m满足____ 的条件
(3)该同学得到如图(c)所示的纸带。已知打点计时器电源频率为50Hz. A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个计数点,两计数点之间还有四个点未画出。由此可算出小车的加速度a = m/s2(保留两位有效数字)。
正确答案
(1)偏大 (2分) (2)M》m (2分) (3)0.20(2分)
试题分析:(1)图中当F=0时,a≠0.也就是说当绳子上没有拉力时,小车的加速度不为0,说明小车的摩擦力小于重力的分力,所以原因是平衡摩擦力时角度过大;
(2)根据牛顿第二定律得,,解得
,
则绳子的拉力,知当砝码总质量远小于滑块质量时,滑块所受的拉力等于砝码的总重力,所以应满足的条件是砝码的总质量远小于滑块的质量。
(3)由得
(15分)如图甲所示,弯曲部分AB和CD是两个半径相等的1/4圆弧,中间的BC段是竖直的薄壁细圆管(细圆管内径略大于小球的直径),分别与上下圆弧轨道相切连接,BC段的长度L可作伸缩调节,下圆弧轨道与地面相切,其中D、A分别是上、下圆弧轨道的最高点与最低点,整个轨道固定在竖直平面内,一小球多次以某一速度从A点水平进入轨道而从D点水平飞出,今在A、D两点各放一个压力传感器,测试小球对轨道A、D两点的压力,计算出压力差ΔF,改变BC的长度L,重复上述实验,最后绘得的ΔF-L图象如图乙所示。(不计一切摩擦阻力,g取10m/s2)
⑴某一次调节后,D点的离地高度为0.8m,小球从D点飞出,落地点与D点的水平距离为2.4m,求小球经过D点时的速度大小;
⑵求小球的质量和弯曲圆弧轨道的半径。
正确答案
⑴vD=6m/s;⑵m=0.2kg,r=0.4m
试题分析:⑴设小球经过D点时的速度为vD,小球从D点离开后做平抛运动,在竖直方向上为自由落体运动,设运动时间为t,根据自由落体运动规律有:h= ①
在水平方向上为匀速运动,有:x=vDt ②
由①②式联立解得:vD==6m/s
⑵设小球的质量为m,圆轨道的半径为r,在D点时,根据牛顿第二定律有:FD+mg= ③
在A点时,根据牛顿第二定律有:FA-mg= ④
小球在整个运动过程中机械能守恒,有:mg(2r+L)=-
⑤
由③④⑤式联立解得:ΔF=FA-FD=2mg+6mg
即ΔF与L呈一次函数关系,对照ΔF-L图象可知,其纵截距为:b=6mg=12N ⑥
其斜率为:k==10N/m ⑦
由⑥⑦式联立解得:m=0.2kg,r=0.4m
光滑水平面上,足够长的木板质量M=8kg,由静止开始在水平恒力F=8N作用下向右运动,如图所示,当速度达到1.5m/s时,质量m=2kg的物体轻轻放到木板的右端。已知物体和木板之间动摩擦因数,物体放到木板上以后,求:(1)经过多少时间物体与木板相对静止?(2)在这段时间里,物体相对于木板滑行距离多大?(g=10m/s2 )
正确答案
(1)1s (2)0.75m
试题分析:(1)当物体轻放在木板上时,物体在水平方向上受到木板对它向右的摩擦力,此时物体的加速度为
,经过ts速度达到v时相对木板静止。
对物体由牛顿第二定律知
---------------------①
由运动学规律知
--------------------------------②
且-------------------③ 1
对木板在这ts内,水平方向上受到向右拉力F和物体对木板产生向左的摩擦力,其大小为:
------------------ ④
对M: 由牛顿第二定律知:
-------------------⑤
由运动学规律知
---------------------⑥
由①、②、③、④、⑤、⑥式联立并代如数值解得: T=1s
(2)在这段时间里,对物体在水平方向上的位移为 :
在这段时间里,对木板在水平方向上的位移为:
在这段时间里,物体相对木板在水平方向上的位移为:
点评:本题分别以物体和木板为研究对象,应用牛顿第二定律和运动学公式分析求解。
(A)如图所示,传送带与地面夹角θ=37°,从A到B长度为16m,在传送带上端A无初速地放一个质量为m=0.5kg的物体,它与传送带间的动摩擦因数μ=0.5.(sin37°=0.6,cos37°=0.8,取g=10m/s2)
(1)如传送带保持静止,求物体沿传送带下滑的加速度和时间;
(2)如传送带以v0=10m/s的速率逆时针转动.求物体从A运动到B需要的时间;
(3)传送带以多大的速度逆时针转动时,物体从A运动到B需要的时间最短.
正确答案
(1)传送带静止时,物体受到沿斜面向上的滑动摩擦力作用,由牛顿第二定律得:
mgsinθ-μmgcosθ=ma,
得加速度a=g(sinθ-μcosθ)=2m/s2
由S=at2,
得t==4s
(2)如传送带以v0=10m/s的速率逆时针转动,物体开始时受到沿斜面向下的滑动摩擦力,由牛顿第二定律得
mgsinθ+μmgcosθ=ma1,
加速度为a1=10m/s2
则物体加速到速度与传送带相同所经历的时间为 t1==1s,
此过程通过的位移为 s1=a1
=5m,
由于μ=0.5<tan37°,则速度相同后物体继续向下做匀加速运动,所受的滑动摩擦力将沿斜面向上,则有
mgsinθ-μmgcosθ=ma2,
解得 加速度为 a2=2m/s2
由 11=v0t2+a2
,解得,t2=1s,
故物体从A运动到B需要的时间为t=t1+t2=2s
(3)物体从A运动到B一直以加速度a1=10m/s2匀加速运动需要的时间最短,设最短时间为tmin,则
S=a1
得tmin==
s
当物体到达传送带底端速度恰好与传送带速度相同时,传送带速度为v=a1tmin=10m/s,则传送带的速度大于等于
10m/s逆时针转动时,物体从A运动到B需要的时间最短.
答:
(1)如传送带保持静止,物体沿传送带下滑的加速度是2m/s2,时间是4s;
(2)如传送带以v0=10m/s的速率逆时针转动.物体从A运动到B需要的时间是2s;
(3)传送带的速度大于等于10m/s逆时针转动时,物体从A运动到B需要的时间最短.
放在水平地面上一质量为m=2kg的质点,在水平恒定外力作用下由静止开始沿直线运动,4 s内通过8 m的距离,此后撤去外力,质点又运动了2 s停止,质点运动过程中所受阻力大小不变,求:
(1)撤去水平恒定外力时质点的速度大小;
(2)质点运动过程中所受到的阻力大小;
(3)质点所受水平恒定外力的大小.
正确答案
(1)4 m/s.(2)4 N(3)6 N.
试题分析:(1)质点开始做匀加速直线运动x0=t1.解得v0=
=4 m/s.
(2)质点减速过程加速度a2==-2 m/s2
由牛顿第二定律有-Ff=ma2解得Ff=4 N
(3)开始加速过程中加速度为a1,x0=a1t2,
由牛顿第二定律有:F-Ff=ma1
解得F=Ff+ma1=6 N.
当物体从高空下落时,空气阻力会随物体的速度增大而增大,因此物体下落一段距离后将匀速下落,这个速度称为此物体下落的终极速度.探究小组研究发现,在相同环境条件下,球形物体的终极速度仅与球的半径和质量有关.下表是某次研究的实验数据:
根据以上数据分析,他们得出如下结论,你认为正确的是______
A.小球下落达到终极速度时,小球受力处于平衡状态;
B.比较A、B可得:当小球半径相同时,终极速度与小球质量成正比;
C.比较B、C可得:当小球运动达到终极速度时,所受阻力与小球半径成反比;
D.比较C、E可得:小球质量越大,所受阻力越小.
正确答案
A、小球到达终级速度时,重力和阻力平衡.故A正确.
B、比较A、B可得:当小球半径相同时,质量变为原来的2.5倍,终级速度变为原来的2.5倍.知终级速度与小球的质量成正比.故B正确.
C、比较B、C可得:当小球运动达到终极速度时,半径变为原来的3倍,质量变为原来的9倍,达到终级速度时,阻力变为原来的3倍.阻力不是与小球半径成反比.故C错误.
D、达到终级速度时,重力等于阻力,质量越大,阻力越大.故D错误.
故选AB.
粗糙绝缘的水平面附近存在一个平行于水平面的电场,其中某一区域的电场线与x轴平行,且沿x轴方向的电势j与坐标值x的关系如下表格所示:
根据上述表格中的数据可作出如右的j—x图像。现有一质量为0.10kg,电荷量为1.0´10-7C带正电荷的滑块(可视作质点),其与水平面的动摩擦因素为0.20。问:
(1)由数据表格和图像给出的信息,写出沿x轴的电势j与x的函数关系表达式。
(2)若将滑块无初速地放在x=0.10m处,则滑块最终停止在何处?
(3)在上述第(2)问的整个运动过程中,它的加速度如何变化?当它位于x=0.15m时它的加速度多大?
(4)若滑块从x=0.60m处以初速度v0沿-x方向运动,要使滑块恰能回到出发点,其初速度v0应为多大?
正确答案
(1)V (2)0.225m(3)0(4)2.12m/s
试题分析:(1)由数据表格和图像可得,电势j与x成反比关系,即
V (2分)
(2)由动能定理
= 0
设滑块停止的位置为x2,有
(2分)
即
代入数据有
1.0´10-7
可解得x2=0.225m(舍去x2=0.1m)。 (2分)
(3)先做加速度减小的变加速运动,后做加速度增大的变减速运动。
即加速度先减小后增大。 (2分)
当它位于x=0.15m时,图像上该点的切线斜率表示场强大小
E=N/C (1分)
滑块在该点的水平合力
故滑块的加速度a="Fx/m" =0 (1分)
(4)设滑块到达的最左侧位置为x1,则滑块由该位置返回到出发点的过程中
由动能定理 =" 0"
有 (1分)
代入数据有 1.0´10-7
可解得x1=0.0375m(舍去x1=0.6m)。 (1分)
再对滑块从开始运动到返回出发点的整个过程,由动能定理
-2=
(1分)
代入数据有 2´0.20´0.10´10(0.60-0.0375)=0.5´0.10
可解得≈2.12m/s
点评:本题首先要明确φ-x图象中任意一点的切线的斜率表示电场强度的大小,由于是变加速运动,然后对各个过程分别运用动能定理列式求解.
(10分)如图所示,绷紧的传送带与水平面的夹角θ=30°,皮带在电动机的带动下,始终保持V0=2m/s的速率顺时针运行。现把一质量m=10kg的工件(可看为质点)轻轻放在皮带的底端,经时间t=1.9s,工件被传送到h=1.5m的高处,取g=10m/s2.
求(1)工件与皮带间的动摩擦因数。
(2)电动机由于传送工件多消耗的电能。
正确答案
(1)(2)230J
试题分析:(1)由题意可知皮带长m.
工件速度达到v0前,做匀加速运动的位移为
达到v0后做匀速运动的位移s-s1=v0(t-t1)
加速运动的加速度为m/s2
工件受的支持力N= mgcosθ,对工件据牛顿第二定律得:μmgcosθ-mgsinθ=ma;
解出动摩擦因数为.
(2)在时间t1内,皮带运动位移S2=v0t1=1.6m;工件相对皮带的位移m。在时间t1内,摩擦生热
J
工件获得的动能J;工件增加的势能
J
电动机多消耗的电能J。
点评:本题难度中等,工件所受滑动摩擦力提供加速度,相互作用力乘以相对位移等于产生的热量,再求电动机多消耗电能时,应从能量转化或能量守恒定律角度考虑问题
民航客机都有紧急出口,发生意外情况时打开紧急出口,狭长的气囊会自动充气生成一条通向地面的斜面,乘客可沿斜面滑行到地面上。某客机紧急出口离地面高度h=3.0m,斜面气囊长度L=5.0m,要求紧急疏散时乘客从气囊上由静止下滑到地面的时间不超过2s, g取10m/s2,求:
(1)乘客在气囊上滑下的加速度至少为多大?
(2)乘客和气囊间的动摩擦因数不得超过多大?(忽略空气阻力)
正确答案
(1)(2)0.44
试题分析:(1)根据运动学公式 ①
得: ②
(2)乘客在斜面上受力情况如图所示。
③
④
根据牛顿第二定律: ⑤
由几何关系可知:
由②—⑤式得: ⑥
乘客和气囊间的动摩擦因数不得超过0.44。
点评:做本题的关键是对物体进行受力分析,从运动学推出加速度,运用牛顿第二定律分析问题
如图所示,可视为质点的三物块A、B、C放在倾角为300、长L=2m的固定光滑斜面上,A与B紧靠在一起放在斜面的顶端,C紧靠挡板固定。mA=1.0kg,mB=0.2kg,其中A不带电,B、C的带电量分别为qB=+4.0×10-5C、qC=+2.0×10-5C且保持不变,某时刻静止释放AB,两物体沿斜面向下滑动,且最多能滑到距离C点0.6m的D点(图中未画出).已知静电力常量k=9.0×109N·m2/C2,g=10m/s2。
(1)在AB下滑过程中,当下滑距离为多少时,B物体速度达到最大?
(2)当AB下滑至斜面中点时,求A对B的压力?
(3)若将一质量为1.8kg的不带电的小物块M替换物块A,仍然从斜面顶端静止释放,求它们下滑至D点时B物体的速度大小。
正确答案
(1)(2)
(3)
(1) (3分)
(2分)
(2) (3分)
对A (3分)
(2分)
(3)电势能的变化量与第一次相同 (4分)
(3分)
如图所示,在高出水平地面的光滑平台上放置一质量
、由两种不同材料连接成一体的薄板A,其右段长度
且表面光滑,左段表面粗糙。在A最右端放有可视为质点的物块B,其质量
。B与A左段间动摩擦因数
。开始时二者均静止,现对A施加
水平向右的恒力,待B脱离A(A尚未露出平台)后,将A取走。B离开平台后的落地点与平台右边缘的水平距离
。(取g=10m/s2)求:
(1)B离开平台时的速度vB。
(2)B从开始运动到刚脱离A时,B运动的时间tB和位移xB。
(3)A左端的长度L2
正确答案
(1)vB=2m/s(2)t B=0.5s,xB=0.5m(3)1.5m
试题分析:(1)设物块平抛运动的时间为t,由平抛运动规律得
h=gt2,x=vBt
联立解得vB=2m/s。
(2)设B的加速度为aB,由牛顿第二定律,μmg=maB,
由匀变速直线运动规律,vB=aBt B,xB=aBt B2,
联立解得t B=0.5s,xB=0.5m。
(3)设B刚好开始运动时A的速度为v,由动能定理得F l2=Mv12
设B运动后A的加速度为aA,由牛顿第二定律和运动学的知识得
F-μmg=MaA,(l2+ xB)=v1t B+aAt B2,
联立解得l2=1.5m。
点评:能够根据物体的受力情况确定物体的运动情况,运用牛顿第二定律和运动学公式解决.动能定理的应用要注意过程的选取和总功的求解.
一质量为m=40kg的小孩子站在电梯内的体重计上。电梯从0时刻由静止开始下降,在0到6s内体重计示数F的变化如图所示。
试问:(1)在第1秒内的加速度大小和第1秒末的速度大小?
(2)在4-6秒内的位移?( 取重力加速度g=10m/s2。)
正确答案
(1)a1=2m/s2,2m/s(2)
试题分析:由图可知,在第一段时间t1=1s内,电梯向下匀加速运动,,
解得a1=2m/s2, (3分)
速度为 v=a1t1=2m/s, (2分)
在第三段时间4-6s 即 在t3=2s内,
电梯向下匀减速运动,
解得a2=1m/s2 (3分)
下降高度 (2分)
点评:首先从图像中分析出物体的运动性质,然后 结合牛顿第二定律以及运动学规律分析解题
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