- 牛顿运动定律
- 共29769题
质量为2kg的物体,在水平推力F的作用下沿水平面做直线运动,一段时间后撤去F,其运动的v-t图象如图所示.g取10m/s2,则物体与水平面间的动摩擦因数μ=______; 水平推力F=______N.
正确答案
(1)设物体做匀减速直线运动的时间为△t2、初速度为v20、末速度为v2t、加速度为a2,
则:a2==-2m/s2…①
设物体所受的摩擦力为Ff,根据牛顿第二定律,有:
Ff=ma2…②
Ff=-μmg…③
联立①②③得:μ==0.2…④
(2)设物体做匀加速直线运动的时间为△t1、初速度为v10、末速度为v1t、加速度为a1,则:
a1=…⑤
根据牛顿第二定律,有F+Ff=ma1…⑥
联立③⑤⑥得:F=μmg+ma1=6N
故答案为:0.2,6
质量一定的某物体放在光滑水平面上,t=0s时刻处于静止状态,若对该物体分别施加水平外力F1和F2,F1和F2随时间变化的关系如图乙所示,且F1和F2始终处于同一直线上,则t=______s时刻,物体的速度达到最大;t=______s时刻,物体的速度为零.
正确答案
若需速度达到最大,则为其加速度开始之后初次为零时,即合外力为零
F1直线方程F1=9-3t
F2直线方程F2=2t-3
二力相等时,9-3t=-3+2t
解得t=2.4s
当物体速度为零时,两力的冲量和为零
即要求二图象与x轴所围面积相等
于是t'=2t=4.8s.
故答案为:2.4,4.8
如图所示,质量m=2.0kg的木块静止在水平面上,用大小F=20N、方向与水平方向成θ=37°角的力拉动木块,当木块运动到x=10m时撤去力F.不计空气阻力.已知木块与水平面间的动摩擦因数µ=0.2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.g取10m/s2.求:
(1)撤去力F时木块速度的大小;
(2)撤去力F后木块运动的时间.
正确答案
(1)力F拉动木块的过程中,木块的受力情况如图1所示.根据牛顿运动定律有
Fcos37°-f1=ma1mg-Fsin37°-N1=0
又因为f1=μN1
代入数据可求得:N1=8.0N,
解得:a1=7.2m/s2
因为:v2=2a1x
所以:v==12m/s
(2)撤去F后,木块的受图情况如图2所示.根据牛顿运动定律有:
N2-mg=0-f2=ma2
又因为:f2=μN2
代入数据可求得:N2=20N,
解得:a2=-2.0m/s2
因为:v末=v+a2t
所以:t==6.0s
答:
(1)撤去力F时木块速度的大小是12m/s;
(2)撤去力F后木块运动的时间是6s.
某物体以大小不变的初速度v0沿木板滑动,若木板倾角θ不同,物体沿木板上滑的最大距离S也不同,已知物体上滑的最大距离S与木板倾角θ的s-θ图象如下图所示.请根据图象提供的信息,求
(1)初速度v0的大小3002
(2)物体与木板间的动摩擦系数μ
(3)当木板倾角θ为多少时,物体上滑的加速度最大,其最大值为多少?
正确答案
(1)当θ=90°时,物体做竖直上抛运动,v0==10
=17.3m/s
(2)当θ=0°时,根据动能定理得,μmgs=mv0 2
μ==
=
(3)加速度a==μgcosθ+gsinθ=g(
cosθ+sinθ)
得到,当θ=53°时,α有极大值am==12.5m/s2答:(1)初速度v0的大小为17.3m/s;
(2)物体与木板间的动摩擦系数μ为;(3)当木板倾角θ为53度时,物体上滑的加速度最大,其最大值为12.5m/s2.
如图所示的是一质量为4千克的物体在只受一个力作用时的速度--时间图象,由图象可知头2秒物体所受作用力F1=______牛,第3秒内物体所受作用力F1=______牛.
正确答案
在前2s内,物体的加速度a=m/s2=2m/s2.
根据牛顿第二定律得,F=ma=4×2N=8N.
在第3s内物体做匀速直线运动,加速度为零,在作用力为零.
故答案为:8,0.
(1)一质量为m=2kg的物体放置在水平桌面上,它与桌面的动摩擦因数为μ=0.2,从静止开始受到大小为F=4N的水平力作用而开始运动,求:
①物体运动时候的加速度的大小;
②力F作用10s后撤去,此时物体的速度大小;
(2)摩托车以速度v沿平直公路匀速行驶,突然驾驶员发现正前方离摩托车L处,有一断桥,驾驶员立即刹车,刹车时摩托车发动机关闭,结果恰好在断桥前停下,已知摩托车和驾驶员总质量为M.
①请写出摩托车在刹车过程中动能的变化量;
②请用动能定理求出摩托车减速时所受到的阻力.
正确答案
(1)①物体受到的摩擦力Ff=μmg=0.2×2×10N=40J;
由牛顿第二定律F=ma可得
F-Ff=ma
则物体的加速度a==
=1m/s2;
②由速度和时间的关系可知,
10s末时的速度v=at=1×1m/s=1m/s;
(2)①摩托车的初动能为Ek0=mv2; 末动能为零
故动能的变化量△Ek=0-EK0=-mv2;
②摩托车在运动中只有摩擦力做功,则由动能定理可知
-Ffs=-mv2;
故物体受到的摩擦力Ff=;
引体向上运动是同学们经常做的一项健身运动.如图所示,质量为m的某同学两手正握单杠,开始时,手臂完全伸直,身体呈自然悬垂状态,此时他的下颚距单杠面的高度为H,然后他用恒力F向上拉,下颚必须超过单杠面方可视为合格,已知H=0.6m,m=60kg,重力加速度g=10m/s2.不计空气阻力,不考虑因手弯曲而引起人的重心位置变化.
(1)第一次上拉时,该同学持续用力(可视为恒力),经过t=1s时间,下颚到达单杠面,求该恒力F的大小及此时他的速度大小;
(2)第二次上拉时,用恒力F′=720N拉至某位置时,他不再用力,而是依靠惯性继续向上运动,为保证此次引体向上合格,恒力F的作用时间至少为多少.
正确答案
如图,在光滑水平面上,放着两块长度相同,质量分别为M1和M2的木板,在两木板的左端各放一个大小、形状、质量完全相同的可视为质点物块,开始时,各物均静止,今在两物体上各作用一水平恒力F1、F2,当物块和木块分离时,两木板的速度分别为v1和v2,物体和木板间的动摩擦因数相同,下列说法
①若F1=F2,M1>M2,则v1>v2;
②若F1=F2,M1<M2,则v1>v2;
③若F1>F2,M1=M2,则v1>v2;
④若F1<F2,M1=M2,则v1>v2;
其中正确的是______
A①③B②④C①②D②③
正确答案
首先看F1=F2 时情况:
由题很容易得到两物块所受的摩擦力大小是相等的,因此两物块加速度相同,我们设两物块加速度大小为a,
对于M1和M2,滑动摩擦力即为它们的合力,设M1的加速度大小为a1,M2的加速度大小为a2,
根据牛顿第二定律得:
a1=,a2=
,其中m为物块a和b的质量.
设板的长度为L,它们向右都做匀加速直线运动,当物块与木板分离时:
物块与M1 的相对位移L=at12-
a1t12
物块与M2的相对位移L=at22-
a2t22
若M1>M2,a1<a2所以得:t1<t2M1的速度为v1=a1t1,M2的速度为v2=a2t2则v1<v2,
若F1>F2、M1=M2,根据受力分析和牛顿第二定律的:
则上面物块的加速度大于下面物块的加速度,即aa>ab由于M1=M2,所以M1和M2加速度相同,设M1和M2加速度为a.
它们向右都做匀加速直线运动,当物块与木板分离时:
物块与M1 的相对位移L=aat12-
at12
物块与M2的相对位移L=abt22-
at22
由于aa>ab
所以得:t1<t2则v1<v2
若F1<F2、M1=M2,aa<ab则v1>v2所以②④正确
故选B
质量为2t的汽车在平直公路上由静止开始运动,若保持牵引力恒定,则在30s内速度增大到15m/s,这时汽车刚好达到额定功率,然后保持额定输出功率不变,再运动15s达到最大速度20m/s,求:
(1)汽车的额定功率;
(2)汽车运动过程中受到的阻力;
(3)汽车在45s共前进多少路程.
正确答案
(1)(2)保持牵引力恒定,则汽车做匀加速直线运动,
根据a=得:a=
=0.5m/s2
根据牛顿第二定律得:F-f=ma
P=Fv1=(f+ma)v1
在45s末有:P=fv2
带入数据解得:P=60kW
f=3000N
(3)汽车在30s内的位移x1=t1=225m
后15s内的位移x2满足
Pt2-fx2=mv22-
mv12
解得:x2=241.7m
总路程x=x1+x2=466.7m
答:(1)汽车的额定功率为60kW;
(2)汽车运动过程中受到的阻力为3000N;
(3)汽车在45s共前进多少路程为466.7m.
如图所示,有一倾角为30°的光滑斜面,斜面长l为10m,一小球从斜面顶端以10m/s的速度沿水平方向抛出,求:
(1)小球沿斜面滑到底端的时间t和水平位移S;
(2)小球到达斜面底端时的速度大小.(g取10m/s2).
正确答案
(1)在斜面上小球沿v0方向做匀速运动,
垂直v0方向做初速度为零的匀加速运动.
由牛顿第二定律得:ma=mgsin30°,
小球的加速度a=gsin30°=5m/s2,
沿v0方向位移s=v0t,
垂直v0方向:l=at2,
解得,运动时间:t==
s=2s,
水平位移:s=v0=10
m=20m;
(2)设小球运动到斜面底端时的速度为v,
由动能定理得:mglsin300=mv2-
m
,
小球到达斜面底端时的速度v==
m/s=14.1m/s.
答:(1)小球沿斜面滑到底端的时间为2s,水平位移为20m.
(2)小球到达斜面底端时的速度大小为14.1m/s.
一质量为5kg的滑块在F=15N的水平拉力作用下,由静止开始做匀加速直线运动,若滑块与水平面间的动摩擦因素是0.2,g取10m/s2,问:
(1)滑块运动的加速度是多大?
(2)滑块在力F作用下经5s,通过的位移是多大?
(3)如果力F作用8s后撤去,则滑块在撤去F后还能滑行多远?
正确答案
(1)由牛顿第二定律得
F-μmg=ma
得a==1m/s2
(2)滑块在力F作用下经5s,通过的位移是x=at2=
×1×52m=12.5m
(3)撤去力F时物体的速度v=at=1m/s2×8s=8m/s
根据动能定理得:-μmgs=0-mv2
解得,s==
m=16m.
答:(1)滑块运动的加速度是1m/s2.
(2)滑块在力F作用下经5s,通过的位移是12.5m.
(3)如果力F作用8s后撤去,滑块在撤去F后还能滑行16m.
质量为10kg的箱子放在水平地面上,箱子和地面的滑动摩擦因数为0.5,现用倾角为37°的100N力拉箱子,箱子从静止开始运动,如图所示,2S末撤去拉力.
求:(Sin37°=0.6,Cos37°=0.8,g=10m/s2)
(1)撤去拉力时箱子的速度为多少?
(2)箱子继续运动多长时间才能静止?
正确答案
(1)物体在拉力F作用下加速滑行,受重力、拉力、支持力和滑动摩擦力,根据牛顿第二定律,有:
Fcosθ-μ(mg-Fsinθ)=ma1,
解得a1=6m/s2,
根据速度时间关系公式,2s末速度为:v=a1t1=6×2=12m/s;
(2)撤去拉力后,物体由于惯性继续滑行,受重力、支持力和滑动摩擦力,根据牛顿第二定律,有:
μmg=ma2,
解得a2=5m/s2,
匀减速过程,根据速度时间关系公式,有v=a2t2
解得t2=2.4s;
(1)撤去拉力时箱子的速度为12m/s;
(2)箱子继续运动2.4s时间才能静止.
如图所示,光滑水平面上静止放置着一辆平板车A.车上有两个小滑块B和C(都可视为质点),B与车板之间的动摩擦因数为μ,而C与车板之间的动摩擦因数为2μ,开始时B、C分别从车板的左、右两端同时以大小相同的初速度v0相向滑行.经过一段时间,C、A的速度达到相等,此时C和B恰好发生碰撞.已知C和B发生碰撞时两者的速度立刻互换,A、B、C三者的质量都相等,重力加速度为g.设最大静摩擦力大小等于滑动摩擦力.
(1)求开始运动到C、A的速度达到相等时的时间;
(2)求平板车平板总长度;
(3)已知滑块C最后没有脱离平板,求滑块C最后与车达到相对静止时处于平板上的位置.
正确答案
(1)设A、B、C三个物体的质量都为m,从开始到C、A的速度达到相等的过程所用时间为t,C、A相等的速度为vC,根据动量定理得
对C:-2μmgt=mvC-mv0
对A:(2μmg-μmg)t=mvC
联立解得,t=,vC=
v0
(2)对B,由动量定理得,
-μmgt=mvB-mv0
得到,vB=v0
对C:xC=t,
对B:xB=t
平板车平板总长度L=xB+xC
解得,L=
(3)对A:xA==
,A、B、C三者的位移和末速度分别为:xA=
,方向向左;
xB=,方向向右;xC=
,方向向左.
vA=vC=v0,方向向左;vB=
v0,方向向右.C和B发生碰撞时两者的速度立刻互换,则碰撞后C和B的速度各为:vC′=
v0,方向向右,vB′=
v0,方向向左.
碰撞后B和A的速度相等,设B和A保持相对静止一起运动,此时对B和A整体有fC=2μmg=2ma
对B:B受到的摩擦力为fB′=ma=μmg,说明B和A保持相对静止一起运动.
设C最后停在车板上时,共同速度为v,由动量守恒定律得
mvC′-2mvB′=2mv
可得,v=0
对这一过程,对C,由动能定理得
-2μmgSC′=0-m
对B和A整体,由动能定理得
-2μmgSA′=0-2m
解得,C和A的位移分别是
SC′=,向右,SA′=
,向左.
则C先相对于车板向左移动x1=xC-xA=,后相对于车板向右移动S=SC′-SA′=
,恰好回到原来的位置,即滑块C最后停在车板的右端.
答:
(1)开始运动到C、A的速度达到相等时的时间为t=;
(2)平板车平板总长度L=;
(3)滑块C最后停在车板的右端.
放在光滑水平桌面上的物体(可视为质点),质量为m=4kg,当受到F=0.8N的水平推力时,由静止开始做匀加速直线运动,4s后物体恰好从桌边下落.已知桌面高h=0.8m,重力加速度g=10m/s2.求:
(1)物体在桌面上运动的距离s;
(2)物体落地点距桌边的水平距离x.
正确答案
(1)在光滑水平桌面上,根据牛顿第二定律:
a==0.2m/s2
S=at2=1.6m
vx=at=0.8m/s
(2)离开桌面后,物体做平抛运动,
竖直方向上:h=gt2,解得t=0.4s;
水平方向上:x=vxt=0.32m;
答:(1)物体在桌面上运动的距离s为1.6m;
(2)物体落地点距桌边的水平距离x为0.32m.
如图所示,在倾角θ=370的足够长的固定斜面底端有一质量m=1.0kg的物体,物体与斜面间动摩擦因数μ=0.25,现用平行斜面向上拉力F=10N将物体由静止沿斜面向上拉动,经时间t=4.0s撤去F,(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)求:
(1)撤去力F时物体的速度大小.
(2)物体从撤去外力之后沿斜面上滑的最大距离.
正确答案
(1)对物体受力分析如图所示,将重力进行正交分解,
F1=mgsin37°
FN=F2=mgcos37°
由牛顿第二定律可得:F-f-F1=ma1
f=μFN=μmgcos37°
解得:a=2m/s2
由运动学方程:v=a1t=8m/s
(2)撤去外力后,受力分析如图所示,
由牛顿第二定律得:-(F+f)=ma2
解得:a2=8m/s2
撤去外力之后,物体做匀速直线运动,
由运动学方程:x==4m
答:(1)撤去力F时物体的速度大小8m/s;
(2)物体从撤去外力之后沿斜面上滑的最大距离4m.
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