- 牛顿运动定律
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如图,将一个物体轻放在倾角为θ=45°足够长的粗糙斜面上,同时用一个竖直向上逐渐增大的力F拉物体,其加速度大小a随外力F大小变化的关系如图,试由图中所给的信息求(g取10m/s2,取1.4)
(1)斜面的动摩擦因数μ;
(2)当加速度大小a=2.1 m/s2时,外力F的大小。
正确答案
解:(1)当物体处于斜面上时,令其加速度为a1,有:(mg-F)sinθ-μ(mg-F)cosθ=ma1
得a1==
由题意得:=2.8
故:μ=0.6
(2)当F>mg 以后,物体将离开斜面,有:F-mg=ma2
将坐标(30N 5.0m/s2)代入上式得:m=2kg
当加速度大小a=2.1 m/s2时,有两种情况:
Ⅰ:当物体处于斜面上时,将a=2.1 m/s2代入①式得:F1=5N
Ⅱ:当物体离开斜面时,将a=2.1 m/s2代入④式得:F2=24.2N
蹦床是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并做各种空中动作的运动项目。一个质量为60kg的运动员,从离水平网面3.2m高处自由下落,着网后沿竖直方向蹦回到离水平网面5.0m高处。已知运动员与网接触的时间为1.2s。若把在这段时间内网对运动员的作用力当作恒力处理,求此力的大小。(g=10m/s2)
正确答案
解:将运动员看作质量为m的质点,从h1高处下落,刚接触网时速度的大小v1=(向下) ①
弹跳后到达的高度为h2,刚离网时速度的大小v2=(向上) ②
速度的改变量Δv=v1+v2(向上) ③
以a表示加速度,Δt表示接触时间,则Δv=aΔt ④
接触过程中运动员受到向上的弹力F和向下的重力mg。由牛顿第二定律F-mg=ma ⑤
由以上五式解得F=mg+m ⑥
代入数据得F=1.5×103N ⑦
如图,质量为M的拖拉机拉着耙来耙地,由静止开始做匀加速直线运动,在时间t内前进的距离为s。耙地时,拖拉机受到的牵引力恒为F,受到地面的阻力为自重的k倍,耙所受阻力恒定,连接杆质量不计且与水平面的夹角θ保持不变,求:
(1)拖拉机的加速度大小;
(2)拖拉机对连接杆的拉力大小。
正确答案
解:(1)拖拉机在时间t内匀加速前进s,根据位移公式s=变形得
(2)拖拉机受到牵引力、支持力、重力、地面阻力和连杆拉力T
根据牛顿第二定律Ma=F-kMg-Tcosθ
得T=
根据牛顿第三定律连杆对耙的反作用力为
一个质量为3kg的物体在水平面上运动时,它的位移随时间的变化规律是,则该物体所受的合力为 N。
正确答案
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冬季滑雪是人们喜爱的运动,去年12月28日,鸟巢欢乐冰雪季正式全面开放,滑雪高台位于奥林匹克中心区景观大道东侧,雪道倾角θ=37°左右。假设一爱好者和他的雪橇总质量m=75kg,沿足够长的雪道向下滑去,已知他和雪橇所受的空气阻力F与滑雪速度v成正比,比例系数k未知。从某时刻开始计时,测量得雪橇运动的v-t图像如图中的曲线AD所示,图中AB是曲线AD在A点(坐标为0、5)的切线,切线上一点B的坐标为(4、15),CD是曲线AD的渐近线。(g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
(1)请画出人和雪橇整体在下滑过程中的受力图。
(2)试说明人和雪橇从t=0时刻开始,下滑过程中运动的特点。
(3)求空气阻力F与滑雪速度v的比例系数k。
(4)雪橇与雪道间的动摩擦因数μ。
正确答案
解:(1)受力:重力、支持力、空气阻力、摩擦阻力。图“略”
(2)初速度为5m/s,加速度逐渐减小到0的加速运动,最后匀速运动的速度为10m/s
(3)从AB的斜率可知,在开始运动时雪橇的加速度大小为m/s2
即有mgsinθ-kv-μmgcosθ=ma ①
由AD这条渐近线可知,10m/s为其运动的收尾速度(即匀速运动速度)
即有mgsinθ=μmgcosθ+kvm ②
①②两式联立,得kvm-kv=ma ③
将v=5m/s、vm=10m/s代入后得k=37.5Ns/m
(4)将k=37.5Ns/m代入式解得
有一种能获得强烈失重、超重感觉的巨型娱乐设施。先用电梯把载有乘客的座舱送到大约二十几层楼高的高处,然后让座舱自由落下,落到一定位置时,制动系统开始启动,座舱匀减速运动至快到地面时刚好停下。座舱的v-t图象如图所示。
(1)座舱加速下降过程中的加速度大小是多少?
(2)座舱减速下降过程中的加速度大小是多少?
(3)若某人手托着重力为50 N的铅球进行这个游戏,当座舱下落至第4 s末的时刻,手对铅球托力大小是多少?
正确答案
(1)10 m/s2(2)15 m/s2(3)125 N
如图所示,倾角为37°的斜面固定在水平地面上,质量m=1kg的物体在平行于斜面向上的恒力F作用下,从A点由静止开始运动,到达B点时立即撤去拉力F,此后,物体到达C点时速度为零。通过速度传感器测得这一过程中物体每隔0.2s的瞬时速度,下表给出了部分数据()。求:
(1)物体与斜面间的动摩擦因数μ;
(2)恒力F的大小;
(3)AC间的距离。
正确答案
解:(1)匀加速过程1==6m/s2
撤去力后匀减速2== -10m/s2由牛顿第二定律得:(sin37°+μmgcos37°)= 2
解得:μ= 0.5
(2)匀加速过程,由牛顿第二定律得:- sin37°-μmgcos37° = 1解得:=16N
(3)设加速时间为1,减速时间为2最大速度:m= 11在2.2s时的速度为2.0m/s:有2.0 = m-2(2.2 - 1)
又:-m = 22=
联立解出:= 10.8m
质量为2kg的小球从高为20m的塔顶由静止开始下落,所受的空气阻力不变,小球着地的速度为16m/s,试
(1)求小球下落的时间t;
(2)小球受到空气阻力的大小。(取g=10m/s2)
正确答案
解:(1)小球做匀加速下落:有h==
故下落时间为:t==1.5s
(2)由小球做匀加速下落:有
下落的加速度为a==0.64m/s2由:mg-f阻=ma
故小球受的空气阻力为:f阻=32.8
列车在机车的牵引力下在平直铁轨上行驶,在50s内速度由10m/s增加到了15m/s,列车的质量是1000t,机车对列车的牵引力是1.5×105N。求列车运动中所受的阻力。
正确答案
解:=0.1m/s2ma=F-FfFf=F-ma=5×104N
如图所示,水平传送带传送质量为2kg的物体,在传送过程中物体和传送带间无相对滑动,试问在下列情况下物体所受摩擦力的大小和方向。
(1)以0.2m/s2的加速度加速传送时,摩擦力的大小为____,方向____;
(2)以0.2m/s的速度匀速传送时,摩擦力的大小为____,方向____;
(3)以0.2m/s2的加速度减速传送时,摩擦力的大小为____,方向____。
正确答案
(1)0.4N;向右
(2)0;无
(3)0.4N;向左
实验装置如图甲所示:一木块放在水平长木板上,左侧栓有一细软线,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,图乙给出了重物落地后,打点计时器在纸带上打出的一些点,试根据给出的数据,求木块与木板间的动摩擦因数μ。要求写出主要的运算过程。(打点计时器所用交流电频率为50Hz,不计纸带与木块间的拉力。重力加速度取g=10m/s2。)
正确答案
解: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=7.72cm,s2=7.21cm,s3=6.71cm,s4=6.25cm,s5=5.76cm,s6=5.29cm,s7=4.81cm,s8=4.31cm
以a表示加速度,根据匀变速直线运动的规律,有
又知T=0.04s
解得a=-3.0m/s2 重物落地后木块只受摩擦力的作用,用m表示木块的质量,
根据牛顿第二定律有: -μmg=ma
解得μ=0.30。
小车在水平面上以5m/s的速度向右做匀速直线运动,车厢内用OA、OB两细绳系住一个质量为2kg的物体,OA与竖直方向夹角为θ=37°,OB是水平的。后来小车改做匀减速运动,并经1.25m的位移停下来。求:
(1)车在匀速运动的过程中,两绳的拉力TA、TB各是多少?
(2)车在匀减速运动的过程中,两绳的拉力TA、TB各是多少?
正确答案
解:(1)匀速运动时:
TAsinθ=TB ①
TAcosθ= mg ②
得TA=25N,TB=15N
(2)匀减速时,有向左的加速度,设B绳上弹力为0时(临界条件)加速度为a0TAsinθ=mg ③
TAcosθ=ma0 ④
则a0=gtanθ
因为a>gtanθ,所以小球飞起来,TB=0,设此时A绳与竖直方向夹角为α
TAsinα=mg ⑤
TAcosα=ma ⑥
解得TA=28.2N(也可用勾股定理解)
两个完全相同的物块A、B,质量均为m=0.8kg,在同一粗糙水平面上以相同的初速度从同一位置开始运动,图中的两条直线分别表示A物块受到水平拉力F作用和B物块不受拉力作用的v-t图像,求:
(1)物块A所受拉力F的大小;
(2)8s末物块A、B之间的距离s。
正确答案
解:(1)设A、B两物块的加速度分别为a1、a2由v-t图可得:-1.5m/s2,负号表示加速度方向与初速度方向相反
对A、B两物块分别由牛顿第二定律得;F-Ff=ma1,Ff=ma2由各式可得:F=1.8N
(2)设A、B两物块8s内的位移分别为x1、x2由图像得:
所以s=x1-x2=60m
一物体以12 m/s的初速度冲上斜面,然后又沿斜面向下运动,此过程的v-t图象如图所示,则斜面的倾角θ为___________,物体与斜面间的动摩擦因数为___________。(g取10 m/s2)
正确答案
30°;
一细棒处于磁感应强度为B的匀强磁场中,棒与磁场方向垂直,与水平方向夹角为。磁感线水平指向纸里,如图所示,棒上套一个可在其上滑动的带负电的小球C,小球质量为m,带电量为q,球与棒间的动摩擦因数为
,让小球从棒上端静止下滑,求:
(1)小球的最大速度;
(2)动摩擦因数应具备的条件。
正确答案
解:(1)小球速度最大时,棒对它的弹力垂直于棒向下,沿杆方向,,
垂直杆方向:,
联立以上各式,得
所以:
(2)小球C从斜置的绝缘棒上由静止开始运动,必须满足条件,
而
即,
所以。
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