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简答题

如图所示,质量为m=4kg的物体与水平地面间的动摩擦因数μ=0.2,现用F=10N与水平方向成θ=37°角的恒力拉物体,使物体由静止开始加速运动,当t=5s时撤去力F,求:

(1)物体做加速运动时加速度a的大小?(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10 m/s2

(2)撤去F后,物体还能滑行多长时间?

正确答案

解:(1)竖直方向:FN=mg-Fsin37° ①

      又Ff =μFN

      由①②得Ff =6.8N

      水平方向:根据牛顿第二定律得:Fcos37°-Ff =ma

      得a=0.3 m/s2

(2)5s末的速度v=at=1.5m/s

      撤去F 后a1=-μg=-2 m/s2

      t==s=0.75s

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简答题

在一次抗洪救灾工作中,一架直升机用长=50m的悬索(重力可忽略不计)系住一质量=50kg的被困人员,直升机和被困人员0=10m/s的速度一起沿水平方向匀速运动,如图甲所示。某时刻开始收悬索将人吊起,在5s时间内,之间的竖直距离以=50-2(单位:m)的规律变化,取=10m/s2。求:

(1)求这段时间内悬索对被困人员的拉力大小。

(2)求在5s末被困人员的速度大小及位移大小。

(3)直升机在=5s时停止收悬索,但发现仍然未脱离洪水围困区,为将被困人员尽快运送到安全处,飞机在空中旋转后静止在空中寻找最近的安全目标,致使被困人员在空中做圆周运动,如图乙所示.此时悬索与竖直方向成37°角,不计空气阻力,求被困人员做圆周运动的线速度以及悬索对被困人员的拉力。(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)

正确答案

解:(1 )被困人员在水平方向上做匀速直线运动

在竖直方向上被困人员的位移=50-(50-2)=2

由此可知,被困人员在竖直方向上做初速度为零、加速度=2m/s2的匀加速直线运动

由牛顿第二定律可得

解得悬索的拉力)=600N

(2 )被困人员5s末在竖直方向上的速度为=10m/s

合速度m/s

竖直方向上的位移=25m

水平方向的位移0=50m

合位移m

(3)=5s时悬索的长度′=50-=25m

旋转半径′sin 37°

解得此时被困人员的受力情况如下图所示

由图可知cos 37 °=,解得N。

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简答题

如图所示,长12m,质量为50kg的木板左端有一立柱,木板置于水平地面上,木板与地面间的动摩擦因数为0.1,质量为50kg的人立于木板左端.木板与人均静止.人以4m/s2匀加速向右奔跑至板的右端并立即抱住木柱,试求:

(1)人从开始奔跑至到达木板右端所经历的时间;

(2)木板的总位移.

正确答案

解:(1)在人相对木板奔跑时,设人的质量为,加速度为1,木板的质量为,加速度为2,并设人与板间的相互作用力大小为,则

对人有1=50×4=200N

对板有-μ(+2解得2=2m/s2

解得=2s

(2)当人奔跑至木板的右端时,人的速度11=8m/s,板的速度22=4m/s,板的位移

人抱住木柱的过程可认为系统的动量守恒,故有12=(解得=2m/s,方向与人原来的运动方向一致

在随后的滑行过程中,对人与木板构成的整体,根据动能定理得:

2解得'=2m

木板的总位移为'=2m

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质量为1kg的物体静止在地面上,某时刻开始受一竖直向上大小为14N的拉力,经10s后撤去拉力,不计空气阻力,最终落回地面。(取g=10 m/s2)求:

(1)物体可以上升到距地面多高处?

(2)物体在空中一共运动了多少时间?

正确答案

(1)280m

(2)14+2 s

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简答题

质量m=2.0kg的物体静止在水平面上,物体跟水平面间的动摩擦因数μ=0.2,从t=0时刻起,物体受到一个水平力F的作用而开始运动,前8s内F随时间t变化规律如图所示,g=10m/s2

(1)在图中坐标系中画出物体前8s内的v-t图像(详写过程);

(2)求t=6s时摩擦力的瞬时功率;

(3)求前8s内摩擦力的平均功率;

(4)求前8s内水平力F所做的功。

正确答案

(1)如图所示

(2)12W

(3)19.375W

(4)155J

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如图所示,在光滑的水平面上放有一个长木板M,它的长度为L。现有一个小木块m以一定的初速度v从木板的左端滑向右端,到达木板M右端时,m的速度变为,M、m间的动摩擦因数为μ。求:

(1)m在M上滑行的时间;

(2)m滑到M右端时M的速度;

(3)它们各自滑行的距离。

正确答案

解:m、M两物体受力分析图如下,m木块在木板上做匀减速直线运动,M木板做匀加速直线运动

               

(1)当木块滑上木板时,∑F=f=μmg= ma 得a=μg

     

(2)M受到m的反作用力∑F=f=μmg= Ma′得

     

(3)木板位移

      据几何关系知sm=sM+L

      木块位移

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如图所示,水平地面上放置一个质量为m=10 kg的物体,在与水平方向成θ=37°角的斜向右上方的拉力F=100 N的作用下沿水平地面从静止开始向右运动,物体与地面间的动摩擦因数为μ=0.5。求:5s后物体的速度大小和5s内物体的位移。(0.6,0.8,g=10 m/s2

正确答案

解:以物体为研究对象进行受力分析,由牛顿第二定律得:

       水平方向:Fcosθ-f=ma1

       竖直方向:N+Fsinθ-mg=0 ② 

        ③

       由①②③联立得:a1=6 m/s2

       5s末的速度为:v=a1t1=6×5m/s=30m/s

       5s内的位移为:

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消防队演习中,消防队员从一根竖直的长直轻绳上由静止滑下,经一段时间落地。为了获得演习中的一些数据,以提高训练质量,研究人员在轻绳上端安装一个力传感器并与数据处理系统相连接,用来记录消防队员下滑过程中轻绳受到的拉力与消防队员重力的比值随时间变化的情况。已知某队员在一次演习中的数据如图所示,g取10m/s2。求该消防队员在下滑过程中的最大速度和落地速度。

正确答案

解:由图可知:0~1s内,=0.6mg

       1s~2.5s内,=1.2mg

       0~1s内,由牛顿第二定律得:mg-=m ,又

       1s~2.5s内,由牛顿第二定律得:-mg= m ,又v=

      解得:,v=1m/s

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如图甲所示,质量m=2.0kg的物体静止在水平面上,物体跟水平面间的动摩擦因数μ=0.20。从t=0时刻起,物体受到一个水平力F的作用而开始运动,前8s内F随时间t变化的规律如图乙所示。g取10m/s2。求:

(1)在图丙的坐标系中画出物体在前8s内的v-t图象;

(2)前8s内物体所受摩擦力的冲量;

(3)前8s内水平力F所做的功。

正确答案

(1)“略”

(2)32N·S

(3)155J

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如图所示,在倾角θ=37°的固定斜面上放置一质量=1 kg、长度=3 m的薄平板平板的上表面光滑,其下端与斜面底端的距离为7 m。在平板的上端处放一质量=0.6 kg的滑块,开始时使平板和滑块都静止,之后将它们无初速度释放.设平板与斜面间、滑块与斜面间的动摩擦因数均为μ=0.5(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,=10 m/s2).求:

(1)滑块滑至点时的速度大小;

(2)滑块与平板下端到达斜面底端的时间差△

正确答案

(1)8 m/s

(2)1.65 s

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简答题

商场工作人员拉着质量m=20kg的木箱沿水平地面运动。若用F1=100N的水平力拉木箱,木箱恰好做匀速直线运动;现改用F2=150N、与水平方向成53°斜向上的拉力作用于静止的木箱上,如图所示。已知sin53°=0.80,cos53°=0.60,取重力加速度g=10m/s2。求:

(1)木箱与地面之间的动摩擦因数;

(2)F2作用在木箱上时,木箱运动的加速度大小;

(3)F2作用在木箱上4.0s时间内木箱移动的距离。

正确答案

解:(1)由于木箱在水平拉力下匀速运动,根据牛顿第二定律

F1-μmg=0

解得μ==0.5

(2)受力分析图(“略”)

将F2沿着水平与竖直方向分解,F2沿水平和竖直方向的分量分别为

F2x = F2cos53°,F2y = F2sin53°

木箱受到水平地面的支持力FN=mg-F2y

根据牛顿第二定律F2x-μFN=ma

解得木箱运动的加速度大小a=2.5 m/s2

(3)根据运动学公式,木箱的位移=20m

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在海滨游乐场有一种滑沙的娱乐活动。如图所示,人坐在滑板上从斜坡的高处A点由静止开始下滑,滑到斜坡底部B点后沿水平滑道再滑行一段距离到C点停下来,斜坡滑道与水平滑道间是平滑连接的,滑板与两滑道间的动摩擦因数均为μ=0.5,不计空气阻力,重力加速度g=10 m/s2,斜坡倾角θ=37°。

(1)若人和滑块的总质量为m=60 kg,求人在斜坡上下滑时的加速度大小;

(2)若由于受到场地的限制,A点到C点的水平距离为s=50 m,为确保人身安全,假如你是设计师,你认为在设计斜坡滑道时,对高度h应有怎样的要求?

正确答案

解:(1)a1=g(sinθ-ucosθ)=2m/s2

(2)设高为h,则斜面长s=5h/3,水平面BC长L=50-4h/3

滑到B点时的速度V12=2as=20h/3

在地面滑动时加速度大小为a2=ug=5m/s2

又L=V12/2a2 ,即50-4h/3=20h/(3×2a2

得h=25m

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简答题

如图所示,一块小磁铁放在固定铁板ABC上的A处,其中AB和BC的长度均为1m, BC与水平面间的夹角为37°,磁铁与铁板间的磁力为磁铁重力的0.1倍,磁铁与铁板间的动摩擦因数为0.2。现给磁铁一个水平向右、大小为3m/s的初速度,不计磁铁经过B处转向时的机械能损失。求:(sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度取10m/s2

(1)磁铁第一次到达B处的速度大小;

(2)磁铁沿BC向上运动的加速度大小;

(3)请通过计算判断磁铁能否再次回到A点。

正确答案

解:(1)磁铁在AB上运动时,-μ(+)=1,得1=-2.2m/s2B2-02=211,可解得B =m/s=2.14 m/s

(2)mgsin37°+μ(cos37°+)=2,可解得2=7.8m/s2(3)设磁铁沿BC能向上滑行的最大距离为22=m=0.29m

磁铁沿BC向下滑行时的加速度3= gsin37°-μ(cos37°+0.1)=4.2m/s2再次回到B点的速度B'2=232=2×4.2×0.29(m/s)2=2.44(m/s)2沿AB面能滑行的最大距离3= =0.55m<1m,所以不能回到A点

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如图所示,一块小磁铁放在固定铁板ABC上的A处,其中AB和BC的长度均为1m, BC与水平面间的夹角为37°,磁铁与铁板间的磁力为磁铁重力的0.1倍,磁铁与铁板间的动摩擦因数为0.2。现给磁铁一个水平向右、大小为3m/s的初速度,不计磁铁经过B处转向时的机械能损失。求:(sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度取10m/s2

(1)磁铁第一次到达B处的速度大小;

(2)磁铁沿BC向上运动的加速度大小;

(3)请通过计算判断磁铁能否再次回到A点。

正确答案

解:(1)磁铁在AB上运动时,-μ(+)=1,得1=-2.2m/s2B2-02=211,可解得B =m/s=2.14 m/s

(2)mgsin37°+μ(cos37°+)=2,可解得2=7.8m/s2(3)设磁铁沿BC能向上滑行的最大距离为22=m=0.29m

磁铁沿BC向下滑行时的加速度3= gsin37°-μ(cos37°+0.1)=4.2m/s2再次回到B点的速度B'2=232=2×4.2×0.29(m/s)2=2.44(m/s)2沿AB面能滑行的最大距离3= =0.55m<1m,所以不能回到A点

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在海滨游乐场有一种滑沙的娱乐活动。如图所示,人坐在滑板上从斜坡的高处A点由静止开始下滑,滑到斜坡底部B点后沿水平滑道再滑行一段距离到C点停下来,斜坡滑道与水平滑道间是平滑连接的,滑板与两滑道间的动摩擦因数均为μ=0.5,不计空气阻力,重力加速度g=10 m/s2,斜坡倾角θ=37°。

(1)若人和滑块的总质量为m=60 kg,求人在斜坡上下滑时的加速度大小;

(2)若由于受到场地的限制,A点到C点的水平距离为s=50 m,为确保人身安全,假如你是设计师,你认为在设计斜坡滑道时,对高度h应有怎样的要求?

正确答案

解:(1)在斜坡上下滑时,人与滑板的受力情况如图所示

由牛顿第二定律得

    

  

另外有     

由以上各式联立解得m/s2 

(2)设斜坡倾角为θ,斜坡的最大高度为h,滑至底端的速度为υ,则  

沿BC滑行的加速度为  

沿BC滑行的距离为      

为确保安全,应有      

联立解得h≤25m,斜坡的高度不应超过25m

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