- 牛顿运动定律
- 共29769题
如图所示,平板A长l=10m,质量M=4kg,放在光滑的水平面上.在A上最右端放一物块B(大小可忽略),其质量m=2kg.已知A、B间动摩擦因数μ=0.4,开始时A、B都处于静止状态(取g=10m/s2).则
(1)若加在平板A上的水平恒力F=6N时,平板A与物块B的加速度大小各为多少?
(2)要将A从物块B下抽出来,则加在平板A上的水平恒力F至少为多大?
(3)若加在平板A上的水平恒力F=40N时,要使物块B从平板A上掉下来F至少作用多长时间?
正确答案
对系统,假设AB之间不发生滑动.则
F=(M+m)a
解得a==
m/s2=1m/s2
对B而言,ma<μmg
所以假设成立.
平板A与物块B的加速度大小为aA=aB=1m/s2
(2)对B,根据牛顿第二定律有μmg=ma0
解得a0=μg=0.4×10m/s2=4m/s2.
对系统:F=(M+m)a0=(4+2)×4N=24N.
所以加在平板A上的水平恒力F至少为24N
(3)设F的作用时间为t1,撤去F后,经过t2时间达到相同速度.
对B:
对A:
则A的位移sA=a1t12+vAt2-
a2t22
因为sA-sB=l,
解得t1=s.
答:(1)平板A与物块B的加速度大小都为1m/s2.
(2)加在平板A上的水平恒力F至少为24N.
(3)要使物块B从平板A上掉下来F至少为s.
质量5t的汽车,额定功率100kW,汽车在水平路上匀速行驶,阻力为2.0×103N,汽车的最大速度为______,若阻力不变,汽车以额定功率在水平路上用72km/h速度行驶时汽车的加速度为______m/s2.
正确答案
(1)汽车匀速行驶时F=f,达到最大速度Vm,
则Vm==
=
=50m/s
(2)汽车以额定功率在水平路上用72km/h速度行驶时
F==
=5000N
根据牛顿第二定律得:
a==
=0.6m/s2.
故答案为:50m/s,0.6
有一种使用燃料电池驱动的电动汽车.它利用氢气和氧气直接反应,其生成物只有水,因此对环境没有污染.该车质量1.5t,额定输出机械功率为 55kW,当它以额定功率行驶时的最高速度为 40m/s.该汽车以上述最高速度行驶时所受的阻力是车受重力的______倍.设行驶中汽车所受阻力与速度大小无关,该车行驶时输出机械功率保持额定功率不变,当速度增大到20m/s时的瞬时加速度大小为______m/s2.(取重力加速度g=10m/s2)
正确答案
(1)汽车以额定功率行驶时有 P=Fv
汽车达到最大速度以后做匀速直线运动,有f=F
则f==
=1375N
n==
=0.092
(2)设汽车速度达到v′=20m/s时的牵引力为F′,
则有P=F′v′
代入数据得:F′=2750N
由牛顿第二定律F'-f=ma得
代入数据得:a=0.91m/s2
故答案为:0.092,0.91
如图所示为北京奥运会修建的从东直门到首都机场T3航站楼的轨道交通线的一部分.已知交通线全长为27.3km,设计运行时间为16min.在设计这条轨道交通线的过程中,科技人员进行了一些测试.某次测试中列车在平直轨道上由静止开始到最大速度v所用时间为t,已知列车的质量为M,设在运动过程中列车所受牵引力的功率P和列车所受的阻力均不变.则列车所受的阻力大小为______;在此段时间t内列车通过的路程为______.
正确答案
以最大速度运动时,牵引力和阻力平衡,根据平衡条件,有:
F=f
P=Fv
联立解得:f= ①
对加速过程运用动能定理,有:
Pt-fx=Mv2 ②
由①②联立解得:x=;
故答案为:,
.
(16分)如图所示,在磁感应强度为B的水平匀强磁场中,有一足够长的绝缘细棒OO′在竖直平面内垂直于磁场方向放置,细棒与水平面夹角为α。一质量为m、带电荷量为+q的圆环A套在OO′棒上,圆环与棒间的动摩擦因数为μ,且μ
(1)圆环A的最大加速度为多大?获得最大加速度时的速度为多大?
(2)圆环A能够达到的最大速度为多大?
正确答案
(1)
(2)
试题分析::(1)由于,即
所以环将由静止开始沿棒下滑。环A沿棒运动的速度为
时,受到重力
、洛伦兹力
、杆的弹力
和摩擦力
。
根据牛顿第二定律,对圆环A受力分析有
沿棒的方向:(2分)
垂直棒的方向:(2分)
所以当 (即
)时
a有最大值,且
此时(2分)
解得:。(2分)
(2)设当环A的速度达到最大值时,环受杆的弹力为
,摩擦力为
。
此时应有,即
(3分)
在垂直杆方向上
(3分)
解得:(2分)
如图所示,倾角为45°的粗糙斜面AB底端与半径R=0.4m的光滑半圆轨道BC平滑相接,O为轨道圆心,BC为圆轨道直径且处于竖直平面内,A、C两点等高.质量m=1kg的滑块从A点由静止开始下滑,恰能滑到与O等高的D点,g取10m/s2.求:
(1)求滑块与斜面间的动摩擦因数μ;
(2)若使滑块能到达C点,求滑块至少从离地多高处由静止开始下滑;
(3)若滑块离开C处后恰能垂直打在斜面上,求滑块经过C点时对轨道的压力.
正确答案
(1)0.5 (2)2m(3)3.3N
试题分析:(1)由A到D,根据动能定理可得
解得
(2)若滑块恰能到达C点,根据牛顿定律 ,解得
从高为H的最高点到C的过程,根据动能定理 ,解得H=2m
(3)l离开C点后滑块做平抛运动,垂直打到斜面上时有
解得
在C点,根据牛顿第二定律有
求得:
由牛顿第三定律可知,滑块对轨道的压力为 方向竖直向上
如图所示,倾角为45°的粗糙斜面AB底端与半径R=0.4m的光滑半圆轨道BC平滑相接,O为轨道圆心,BC为圆轨道直径且处于竖直平面内,A、C两点等高.质量m=1kg的滑块从A点由静止开始下滑,恰能滑到与O等高的D点,g取10m/s2.求:
(1)求滑块与斜面间的动摩擦因数μ;
(2)若使滑块能到达C点,求滑块至少从离地多高处由静止开始下滑;
(3)若滑块离开C处后恰能垂直打在斜面上,求滑块经过C点时对轨道的压力.
正确答案
(1)0.5 (2)2m(3)3.3N
试题分析:(1)由A到D,根据动能定理可得
解得
(2)若滑块恰能到达C点,根据牛顿定律 ,解得
从高为H的最高点到C的过程,根据动能定理 ,解得H=2m
(3)l离开C点后滑块做平抛运动,垂直打到斜面上时有
解得
在C点,根据牛顿第二定律有
求得:
由牛顿第三定律可知,滑块对轨道的压力为 方向竖直向上
(10分)表演“顶竿”杂技时,一人站在地上(称为“底人”),肩上扛一长6 m,质量为5 kg的竹竿.一质量为40 kg的演员在竿顶从静止开始先匀加速再匀减速下滑,滑到竿底时速度正好为零.假设加速时的加速度大小是减速时的2倍.下滑总时间为3 s,两阶段竹竿对“底人”的压力分别为多大?(g取10 m/s2)
正确答案
290N 530N
试题分析:人加速时加速度大小是减速时加速度大小的2倍,说明加速的时间t1是减速时间t2的一半,即加速时间为1 s,减速时间为2 s.设下滑过程中的最大速度为vm则由运动公式得:
L=t,vm=
m/s="4" m/s
加速下滑时的加速度:a1= m/s2="4" m/s2
减速下滑时的加速度:a2=="2" m/s2.
对演员受力分析,受向下的重力mg和向上的摩擦力Ff,由牛顿第二定律可得:
加速下滑时:
减速下滑时:
由牛顿第三定律可知,演员加速下滑和减速下滑时对杆的摩擦力分别为向下,
向下。
对杆受力分析,受向下的重力和向下的摩擦力
及“底人”施加的向上支持力
,由平衡条件可得加速下滑时
减速下滑时,由牛顿第三定律可得在加速过程中杆对底人的压力分别为290N和530N。
如图所示,飞行员的质量为m=60kg,重力加速度为g=10m/s2,他驾驶飞机在竖直平面内做翻筋斗的圆周运动,当飞机飞到最高点时速度为,飞行员对机座的压力恰好为零,则轨道半径R= m,若飞机飞到最低点时速度为
,飞行员对机座的压力N= N。
正确答案
1000 3000
试题分析:当飞机飞到最高点时飞行员对机座的压力恰好为零,由牛顿第二定律,得
1000m;飞机飞到最低点时速度机座对飞行员的支持力为N,由牛顿第二定律
,解得
N,牛顿第三定律机座和飞行员之间的相互作用力大小相等,所以飞行员对机座的压力
N。
如图,让一小物体(可看作质点)从图示斜面上的A点以v0=4m/s的初速度滑上斜面,物体滑到斜面上的B点后沿原路返回。若A到B的距离为1m,斜面倾角为θ=37°。
(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)
(1)求物体与斜面间的动摩擦因数;
(2)若设水平地面为零重力势能面,且物体返回经过C点时,其动能恰与重力势能相等,求C点相对水平地面的高度h。
正确答案
(1)μ=0.25(2)h=0.24m
试题分析:(1)设物体与斜面间的滑动摩擦因数为μ,则物体上滑由A到B做速度由v0变为0的匀减速运动,令加速度大小为a,
则由牛顿第二定律,可得mgsinθ+μmgcosθ=ma…①(2分),
又由运动学公式,可得0-v02=-2a·AB…②(1分),
由①、②式解得(1分),代入数据可得μ=0.25(1分)。
(2)设物体返回经过C点时速度大小为v1,则对于物体由B到C,由动能定理有 m…③(2分),
又…④(1分),由③、④式解得
(1分),
代入数据可得:h=0.24m(1分)
点评:在涉及到“功”、“动能”字眼、速度大小、位移大小,不管是恒力还是变力,直线运动还是曲线运动,要首选动能定理解决.
如图所示,在一个倾角为的斜面上,有一个质量为m、电量为q的带正电物体,空间存在着方向垂直斜面向下的匀强磁场,磁感强度大小为B,带电物体与斜面间的动摩擦因数为,它在斜面上沿什么方向、以多大的速度运动,可以保持匀速直线运动的状态不变?
正确答案
该物体在斜面上速度方向右下,与水平方向夹角为,速度大小为,物体能保持匀速直线运动的状态不变。
首先我们把重力mg进行正交分解,分解为一个沿斜面下滑的分力和一个垂直于斜面向下的分力,如图甲所示,其中。由于物体做匀速运动,因此。
再作出物体在斜面所在的平面内的受力示意图,如图乙所示,摩擦力f的方向与v的方向相反,洛伦兹力F的方向与v的方向垂直(F的方向用左手定则判定)。由于物体处于平衡状态,F和f的合力应与大小相等、方向相反。
设运动速度v的方向与水平方向成角,可以得出。
另有关系式 。
解以上各式,可得 。
本题答案是:该物体在斜面上速度方向右下,与水平方向夹角为,速度大小为,物体能保持匀速直线运动的状态不变。
机动车驾驶执照考试的其中一个项目是定点停车:要求考生根据考官的指令在一路边标志杆旁停车.在一次练习中,车以一定速度匀速行驶,在距标志杆距离为s时,教练命令考生到标志杆停车,考生立即刹车,车在阻力f1作用下做匀减速直线运动,经一段时间,车刚好停在标志杆旁.第二次练习时,车以同样的初速度匀速行驶,教练在同样的位置命令考生到标志杆停车,考生迟了△t时间才刹车,最后车也刚好停在标志杆旁.已知车和人总质量为M,车视为质点.求:
(1)车行驶的初速度是多少?
(2)第二次车做匀减速运动时受到的阻力f2是多少?
正确答案
(1)设初速度为v0,第一次练习做匀减速运动
0-v02=0-2s…①
解得
v0=…②
即车行驶的初速度是.
(2)第二次练习做匀减速运动时加速度为a2,根据牛顿第二定律,有
f2=Ma2…③
根据运动学公式,有
v0△t+=s…④
由②③④得f2=…⑤
即第二次车做匀减速运动时受到的阻力f2是.
(12分)如图所示,质量为m的物体被两根细绳OA、OB挂在小车上,两根细绳与车顶水平面夹角分别为60°和30°。试求:
①若小车静止不动,绳OA拉力 T1和绳OB拉力T2分别为多大?
②若小车以大小为g的加速度向右匀加速运动时,绳OA拉力 T1和绳OB拉力T2分别为多大?
③为使OA绳的拉力恰好为0,则小车向右运动的加速度为多大?
正确答案
(1)②
③
试题分析:(1)
(2)
解得:
(3)
点评:难度中等,本题考查整体隔离法的应用,物体的加速度与车的加速度相同,以物体为研究对象,把受到的力沿水平方向分解,水平方向上的合外力提供加速度
(11分)、质量为M,长度为L的木板置于光滑的水平地面上,在木板的左端放有一个质量为m的木块,开始时小木块和木板都处于静止状态。某时刻,用一水平恒力将小木块从左端推向右端。如图17所示。若小木块与木块之间的动摩擦因素为u,且认为两者之间静摩擦力最大值与其间滑动摩擦力相等,试求:
(1)若能将小木块推向木板右端,水平恒力的最小值F0多大?
(2)若实际所用推力为F(F>F0),小木块滑到木板右端时木板的速度多大?
正确答案
(1)(1+)umg(2)
(1)小木块与木板之间的静摩擦力的最大值为Fm=μN=μmg,木板能够产生的加速度的最大值为aM==μ
g.为使小木板能滑向木板右端,小木块加速度a>aM,(2分)
即 F-f=ma>maM
故 F>f+maM=umg+umg=(1+
)umg ,(4分)
得推力最小值为 F0=(1+)umg(5分)
(2)因F>F0,小木块将在木板上滑动,小木块与木板的加速度分别为
a=
=
(7分)
设小木块在木板上滑行时间为t,由运动关系有: (a-a') V=
(9分)
解以以各式得:V==
(11分)
本题考查牛顿第二定律,木块和木板之间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,当两者发生相对滑动式两者间的相互作用力为最大静摩擦力,此时还可以用整体隔离法求解,当拉力较大时两者间的相互作用力为滑动摩擦力,由牛顿第二定律和运动学公式求解
如图所示,小物体的质量为m=2kg,AB=BC=1.3m,物体与AB、BC间的动摩擦因数=0.2。今用一与水平方向成37°的恒力F作用于物体,让物体从静止出发,运动到C点时物体的速度恰好为零(忽略物体在B点处的机械能损失,重力加速度g=l0m/s2,sin37°="0.6," cos37°=0.8)求:
(1)力F多大?
(2)从A运动到C的时间多长?
(3)F的平均功率是多少?
正确答案
略
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