- 牛顿运动定律
- 共29769题
一个质量为m的均匀球放在倾角为θ的光滑斜面上,并被斜面上一个垂直于水平面的光滑档板挡住,现将整个装置放在升降机底板上,
(1)若升降机静止,球对挡板和斜面的压力多大?
(2)若升降机以加速度a竖直向上做匀加速运动,球对挡板和斜面的压力多大?
正确答案
(1)对小球进行受力分析有:
根据小球平衡有:
水平方向:Nsinθ=F
竖直方向:Ncosθ=mg
可解得:N=,F=mgtanθ
根据牛顿第三定律知,球对挡板的压力为mgtanθ,对斜面的压力为
(2)当升降机以加速度a竖直向上匀加速运动时有:
水平方向:Nsinθ=F
竖直方向:Ncosθ-mg=ma
联列可解得:
N=,F=m(g+a)tanθ
根据牛顿第三定律知,球对挡板的压力为m(g+a)tanθ,球对斜面的压力为
答:(1)球对档板的压力为mgtanθ,对斜面的压力为
(2)球对档板的压力为m(g+a)tanθ,对斜面的压力为
某传动装置的水平传送带以恒定速度v0=5m/s运行.将一块底面水平的粉笔轻轻地放到传送带上,发现粉笔块在传送带上留下一条长度l=5m的白色划线.稍后,因传动装置受到阻碍,传送带做匀减速运动,其加速度a0=5m/s2,问传动装置受阻后:
(1)粉笔块是否能在传送带上继续滑动?若能,它沿皮带继续滑动的距离l′为多少?
(2)若要粉笔块不能继续在传送上滑动,则皮带做减速运动时,其加速度a0应限制在什么范围内?
正确答案
(1)先求粉笔与皮带间的动摩擦因数μ.皮带初始以v0=5m/s匀速行驶,粉笔对地以
a=μg的加速度匀加速,划痕l=5m为相对位移.则
l=v0t-t
t=
解得:a==2.5m/s2,μ=0.25
第二阶段,因皮带受阻,做a0=5m/s2的匀减速.a0>a,粉笔能在传送带上继续滑动,且皮带比粉笔先停下,粉笔还能在皮带上作相对滑动.粉笔相对皮带滑行距离为
l′=s粉笔-s皮带=-
=2.5m.
(2)因为皮带对粉笔的最大静摩擦力为μmg,所以粉笔对地的最大加速度为μg,为防止粉笔在皮带上相对对滑动,皮带加速度a0应限制在μg范围内,即a≤2.5m/s2.
答:(1)粉笔块能在传送带上继续滑动,它沿皮带继续滑动的距离为2.5m;
(2)若要粉笔块不能继续在传送上滑动,则皮带做减速运动时,其加速度a0应限制在μg范围内.
如图所示,质量为1kg的小球穿在斜杆上,
斜杆与水平方向的夹角θ30°,球恰好能在杆上匀
速滑动。若球受到一大小为F=20N的水平推力作用,
可使小球沿杆向上加速滑动,求:
(1)小球与斜杆间的动摩擦因数μ的大小
(2)小球沿杆向上加速滑动的加速度大小。(g取10m/s)
正确答案
(1) (2)1.56m/s2
(1)当小球在杆上匀速滑动时,小球受力如图甲所示,并建立直角坐标系xOy.
在x方向上:mgsinθ=f ①
在y方向上:N= mgcosθ ②
摩擦定律f=μN ③
由①、②、③式可得 ④
(2)当小球受到F作用沿杆向上加速运动时,受力如图乙所示,建立xOy直角坐标系
在x方向上:Fcosθ- mgsinθ- f′=ma ⑤
在y方向上:N′= mgsinθ+ Fsinθ ⑥
摩擦定律f′=μN′ ⑦
由④、⑤、⑥、⑦式可得
代入数据得a=1.56m/s2
一质量为m=40kg的小孩子站在电梯内的体重计上.电梯从t=0时刻由静止开始上升,在0s到6s内体重计示数F的变化如图所示.试问:在这段时间内电梯上升的高度是多少?(取重力加速度g=10m/s2.)
正确答案
在0s-2s内,电梯做匀加速运动,加速度为:a1==1m/s2
上升高度为h1=a1t12=2m
2s末速度为v=a1t1=2m/s
在中间3s内,电梯加速度为0,做匀速运动
上升高度h2=vt2=6m
最后1s内做匀减速运动,加速度a2==-2m/s2在第6s末恰好停止.
上升高度为h3=vt3=1m
故在这段时间内上升高度为h=h1+h2+h3=2+6+1m=9m
答:在这段时间内电梯上升的高度是为9m.
地球表面和月球表面高度为h处都用V0的初速度水平抛出一颗石子,求:石子分别在地球上和月球上飞行的水平距离之比.(已知M地=81M月,R地=3.8R月,取地球表面g地=10m/s2)
正确答案
根据G=mg得:g=
;
M地=81M月,R地=3.8R月,则有:=5.6
根据h=gt2得:t=
,
则水平距离为:x=v0t=v0.
知石子在地球和月球上飞行的水平距离之比为:≈0.42.
答:石子分别在地球上和月球上飞行的水平距离之比为0.42.
一质量为m的人站在电梯中,电梯加速上升,加速度大小为g/3,g为重力加速度.人对电梯底部的压力大小为______.
正确答案
对人受力分析,受重力和电梯的支持力,加速度向上,根据牛顿第二定律
N-mg=ma
故N=mg+ma=mg
根据牛顿第三定律,人对电梯的压力等于电梯对人的支持力,故人对电梯的压力等于mg
故答案为:mg
质量为1.0kg的物体置于粗糙水平地面上,用8.0N的水平拉力使它从静止开始做匀加速直线运动,第4.0s末物体的速度达到12m/s,此时撤去拉力.求:
(1)物体在运动过程中受到的阻力;
(2)撤去拉力后物体能继续滑行的距离.
正确答案
(1)物体做匀加速直线运动的加速度a==3m/s2.
根据牛顿第二定律有:
F-f=ma
则f=F-ma=5N.
(2)撤去拉力后,物体做匀减速运动,根据牛顿第二定律得,
加速度大小a′==5m/s2.
则物体还能滑行的距离x==14.4m.
答:(1)物体在运动过程中受到的阻力为5N.
(2)撤去拉力后物体能继续滑行的距离为14.4m.
如图,是固定在水平面上的横截面为“
”形的光滑长直导轨槽,槽口向上,槽内放置一金属滑块,滑块上有半径为R的半圆柱形光滑凹槽,金属滑块的宽度为2R,比“
”形槽的宽度略小.现有半径为r(r<<R)的金属小球以水平初速度v0冲向滑块,从滑块上的半圆形槽口边缘进入.已知金属小球的质量为m,金属滑块的质量为3m,全过程中无机械能损失.求:
(1)当金属小球滑离金属滑块时,金属小球和金属滑块的速度各是多大;
(2)当金属小球经过金属滑块上的半圆柱形槽的底部A点时,对金属滑块的作用力是多大.
正确答案
(1)小球与滑块相互作用过程中,沿水平方向动量守恒,则有:mv0=mv1+3mv2
又因为系统机械能守恒:m
=
m
+
3m
得 v1=-v0,方向向左.v2=
v0,方向向右.
(2)当金属小球通过A点时,沿导轨方向金属小球与金属滑块具有共同速度v,沿A点切线方向的速度为v′,由动量守恒和机械能守恒得
mv0=(m+3m)v
m
=
(m+3m)v2+
mv′2
解得 v′=v0
由牛顿第二定律得N==
即为对金属块的作用力大小为
答:
(1)当金属小球滑离金属滑块时,金属小球的速度大小是v0,方向向左,金属滑块的速度大小为
v0,方向向右.
(2)当金属小球经过金属滑块上的半圆柱形槽的底部A点时,对金属滑块的作用力是.
一个质量为4千克、初速度为2米/秒的物体,从t=0的时刻受到力F的作用,力F跟时间的关系如图所示,若开始的时刻力F的方向跟物体初速度的方向一致,那么物体在2秒末、5秒末的速度分别是______,______米/秒.
正确答案
已知物体质量为m=4kg,初速度v0=2m/s
物体在0-2s内受到与运动方向相同的作用力F1=4N,根据牛顿第二定律可得物体产生加速度a1=1m/s,则2s末物体的速度v2=v0+at=4m/s
物体在2-4s内受到与运动方向相反的作用力F2=3N,根据牛顿第二定律可得物体产生的加速度a2=m/s2,方向与速度方向相反,则4s末物体的速度v4=v2-a2t2=
m/s
物体在4-5s内受到与运动方向相同的作用力F3=2N,根据牛顿第二定律可得物体产生的加速度a3=m/s2,方向与速度方向相同,则5s末物体的速度v5=v4+a3t3=3m/s.
故答案为:4m/s,3
如图所示的电路中,电容器电容C=1μF,线圈的自感系数L=0.1mH,先将电键S拨至a,这时电容器内有一带电液滴恰保持静止.然后将电键S拨至b,经过t=3.14×10-5s,油滴的加速度是多少?当油滴的加速度a为何值时,LC回路中的振荡电流有最大值?(g=10m/s2,研究过程中油滴不与极板接触)
正确答案
当S拨至a时,油滴受力平衡,显然带负电,所以有:
mg=q
当S拨至b时,LC回路中有震荡电流,其振荡周期为:
T=2π=2×3.14×
=6.28×10-5s
当t=3.14×10-5s时,电容器恰好反向充电结束,此时油滴受到向下的电场力,由牛顿第二定律得:
+mg=ma
以上式子联立,代入数据得:
a=20m/s2
当震荡电流最大时,两极板间电压为零,板间没有电场,油滴仅受重力作用
所以有:
mg=ma'
得:a'=g=10m/s2答:经过t=3.14×10-5s,油滴的加速度是20m/s2,当油滴的加速度a为10m/s2时,LC回路中的振荡电流有最大值.
(12分)如图所示,竖直光滑四分之三圆轨道BCD固定在水平面AB上,轨道圆心为O,半径R=1m,轨道最低点与水平面相切于B点,C为轨道最高点,D点与圆心O等高.一质量的小物块,从水平面上以速度
竖直向上抛出,物块从D点进入圆轨道,最终停在A点,物块与水平面间的动摩擦因数
=0.4,取
.求:
(1)物块运动到D点时的速度;(可以保留根式)
(2)物块运动到C点时,对轨道的压力大小;
(3)物块从B点运动到A点所用的时间及A、B间的距离.
正确答案
(1);(2)
;(3)
;2s
试题分析:(1)由公式 ①
解得 ②
(2)根据机械能守恒定律 ③
C点,由牛顿第二定律 ④
F=14N ⑤
由牛顿第三定律,物块对轨道的压力 ⑥
(3)由机械能守恒定律知,物体到B点的速度
由动能定理 ⑦
⑧
由牛顿第二定律 ⑨
⑩
得t=2s ⑾
评分标准:③式2分,其余各式1分
如图所示,PQ为一固定水平放置的光滑细长杆,质量均为m的两小球A、B穿于其上,两球被穿于杆上的轻弹簧相连.在A、B两球上还系有长度为2L的轻线,在轻线中间系有质量不计的光滑定滑轮E,C、D球质量分别为m和2m,用轻绳连接并跨过定滑轮.释放C、D后,当C、D球运动时轻弹簧长度也为L,已知劲度系数为K,(弹簧在弹性限度内,重力加速度为g)
求:
(1)C、D球运动时,连接C、D的轻绳中张力T;
(2)求细杆对A球的弹力FA大小;
(3)求弹簧的原始长度?
正确答案
C、D球在竖直方向做匀变速运动,则它们的加速度大小为:a==
g
以C球为研究对象,则有:T-mg=ma
得轻绳的拉力为:T=mg+ma=mg
(2)对滑轮,设AE线的拉力为T1,有:2T1cos30°=2T
得:T1=mg
对A球,在竖直方向:FA=mg+T1sin60°
得:FA=mg
(3)对A球:在水平方向有:F弹=T1cos60°
得:F弹=mg
弹簧被压缩,所以弹簧原长:L0=L+x=L+=L+
mg
答:(1)C、D球运动时,连接C、D的轻绳中张力为mg;
(2)细杆对A球的弹力FA大小为mg;
(3)弹簧的原始长度是L+mg.
(16分)如图所示,质量分别为M、m的两物块A、B通过一轻质弹簧连接,B足够长、放置在水平面上,所有接触面均光滑。弹簧开始时处于原长,运动过程中始终处在弹性限度内。在物块A上施加一个水平恒力F,A、B从静止开始运动,弹簧第一次恢复原长时A、B速度分别为、
。
(1)求物块A加速度为零时,物块B的加速度;
(2)求弹簧第一次恢复原长时,物块B移动的距离;
(3)试分析:在弹簧第一次恢复原长前,弹簧的弹性势能最大时两物块速度之间的关系?简要说明理由。
正确答案
(1) (2)
(3)速度相等时,弹势能最大
因为速度想等时,A、B相距最远,弹簧长度最大,弹性势能最大。
试题分析:(1)A物块加速度为零
KX=F
对物块B
所以
(2)当弹簧处于自然长时,物块A、B位移相同
对整个系统用功能关系
解得:
(3)速度相等时,弹势能最大
因为速度想等时,A、B相距最远,弹簧长度最大,弹性势能最大。
(2011·江苏物理·T14)如图所示,长为L、内壁光滑的直管与水平地面成30°角固定放置。将一质量为m的小球固定在管底,用一轻质光滑细线将小球与质量为M=km的小物块相连,小物块悬挂于管口。现将小球释放,一段时间后,小物块落地静止不动,小球继续向上运动,通过管口的转向装置后做平抛运动,小球在转向过程中速率不变。(重力加速度为g)
(1)求小物块下落过程中的加速度大小;
(2)求小球从管口抛出时的速度大小;
(3)试证明小球平抛运动的水平位移总小于
正确答案
(1);(2)
(k>2) (3)见解析。
(1)设细线中的张力为T,根据牛顿第二定律
且M=Km
联立解得
(2)设M落地时的速度大小为v,m射出管口是速度大小为,M落地后m的加速度大小为
,
根据牛顿第二定律
由匀变速直线运动规律知,
联立解得 (k>2)
(3)由平抛运动规律
解得
则得证
如图所示,物体A质量mA=10kg,A的初速度V0=12m/s,方向沿斜面向下,已知斜面足够长,B离地面足够高,A、B均可看成质点,绳子的质量不计且始终绷紧,g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8(要求一定要作出受力分析图)
(1)若A与斜面间无摩擦,A、B均作匀速直线运动,求物体B的质量mB?
(2)若物体A与斜面间的动摩擦因数μ=0.5,将B换成质量为mB′=20kg的物体,求物体A开始运动时的加速度大小?物体A在5s内通过的路程?
正确答案
(1)当A、B作匀速运动,
对B:T=mBg
对A:mAgsin37°=T′
依牛顿第三定律T=T’
由以上各式可得:mB=6kg
(2)当B换成质量为mB′=20kg时
由于:mBg+µmAgcos37°>mAgsin37°,所以开始运动时,A沿斜面向下作匀减速直线运动,B向上作匀减速直线运动.
对A:F合=ma有:
T+µFN-mAgsin37°=mAa1
FN=mAgcos37°
对B:mB′g-T′=mBa1
依牛顿第三定律T=T′
由以上各式可得:a1=6m/s2
从开始运动至停止时间:t1==2s
0-2s内路程:s1=a1t12=12m
停止时:由于mB′g>mAgsin37°+µmAgcos37°,所以接下来A沿斜面向上作匀加速直线运动,B向下作匀加速直线运动
对B:mB′g-T′=mBa2
对A:F合=ma有:
T-µFN-mAgsin37°=mAa2
FN=mAgcos37°
由以上各式可得a2=m/s2
t2=t-t1=(5-2)s=3s
2-5s内路程:s2=a2t22=15m
5s内总路程:s=s1+s2=27m
答:(1)物体B的质量为6kg;
(2)物体A开始运动时的加速度为m/s2,物体A在5s内通过的路程为27m.
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