- 牛顿运动定律
- 共29769题
如图所示,一轻弹簧竖直固定在地面上,上端放一质量为m的小球,小球与弹簧不拴接,平衡时弹簧被压缩x0,现用力F缓慢下压小球,使弹簧在弹性限度内再被压缩x0后撤去力F,小球立即向上弹起,上升的最大高度为4x0,重力加速度为g.在小球上升的过程中有( )
正确答案
解析
解:A、球开始受到重力、推力F和弹簧的支持力,三力平衡,撤去推力后,小球先向上做加速度不断减小的加速运动,后做加速度不断变大的减速运动,当小球离开弹簧后,做上抛运动,加速度不变,做匀减速运动,故A正确;
B、上升的最大高度为4x0,所以小球做匀减速直线运动的位移为h=4x0-2x0=2x0,则小球作匀减速运动的时间t=,故B错误;
C、小球上升过程受到重力和弹簧的弹力,当弹力大于重力时,小球向上加速,当弹力小于重力后,小球开始减速,所以当弹力等于重力时,
速度最大,此过程中,克服重力做的功为mgx0,故C错误;
D、用力F缓慢下压小球,使弹簧在弹性限度内再被压缩x0,根据F=kx可知,F=mg,撤去压力时,重力和弹力的合力大小等于F,根据牛顿第二定律可知a=,故D正确;
故选:AD.
如图甲所示,质量为m=1kg的物体置于倾角为θ=37°固定斜面上,对物体施以平行于斜面向上的拉力F,t=2s时撤去拉力,物体运动的部分v-t图象如图乙所示,取g=10m/s2.试求:
(1)0-2s的加速度大小a1和2s-3s的加速度大小a2
(2)拉力F的平均功率P;
(3)t=4s时物体的速度v.
正确答案
解:(1)根据图象可知:
a1=
a2=||=|
|m/s2=10m/s2
(2)除推力外,物体一直受重力、支持力、摩擦力,依牛顿第二定律
撤去力F前:F-mgsinθ-μmgcosθ=ma1 ①
撤去力F后:mgsinθ+μmgcosθ=ma2 ②
由①②式解得:F=m(a1+a2)=15N
由图可知2s时物体的速度υ1=10m/s,所以 P==75W
(3)由图可知,3s时物体已经到达最高点,t=4s时物体已经下滑t1=1s.
设下滑加速度为a3,由牛顿第二定律 mgsinθ-μmgcosθ=ma3 ③
由②③解得 a3=2m/s2
所以 υ=a3t1=2×1m/s=2m/s
答:(1)0-2s的加速度大小为5m/s2,2s-3s的加速度大小为10m/s2;
(2)前2s,拉力F的平均功率P为75W;
(3)t=4s时物体的速度v为2m/s.
解析
解:(1)根据图象可知:
a1=
a2=||=|
|m/s2=10m/s2
(2)除推力外,物体一直受重力、支持力、摩擦力,依牛顿第二定律
撤去力F前:F-mgsinθ-μmgcosθ=ma1 ①
撤去力F后:mgsinθ+μmgcosθ=ma2 ②
由①②式解得:F=m(a1+a2)=15N
由图可知2s时物体的速度υ1=10m/s,所以 P==75W
(3)由图可知,3s时物体已经到达最高点,t=4s时物体已经下滑t1=1s.
设下滑加速度为a3,由牛顿第二定律 mgsinθ-μmgcosθ=ma3 ③
由②③解得 a3=2m/s2
所以 υ=a3t1=2×1m/s=2m/s
答:(1)0-2s的加速度大小为5m/s2,2s-3s的加速度大小为10m/s2;
(2)前2s,拉力F的平均功率P为75W;
(3)t=4s时物体的速度v为2m/s.
如图所示,质量为m=2.0kg的物体静止在水平面上,现用F=10N的水平拉力拉物体,使物体做匀加速直线运动,经t=2.0s物体的速度增大到v=4.0m/s,求:
(1)物体在此2.0s内通过的位移
(2)物体与桌面间的动摩擦因数µ
正确答案
解:(1)物体在2s内通过的位移x=.
(2)物体的加速度a=,
根据牛顿第二定律得,F-μmg=ma,
代入数据解得μ=0.3.
答:(1)物体在2s内通过的位移为4m.
(2)物体与桌面间的动摩擦因数为0.3.
解析
解:(1)物体在2s内通过的位移x=.
(2)物体的加速度a=,
根据牛顿第二定律得,F-μmg=ma,
代入数据解得μ=0.3.
答:(1)物体在2s内通过的位移为4m.
(2)物体与桌面间的动摩擦因数为0.3.
如图所示,半径为R,内径很小的光滑半圆管竖直放置.两个质量均为m的小球a、b以不同的速度进入管内,a通过最高点A时,对管壁上部的压力为3mg,b通过最高点A时,对管壁下部的压力为0.75mg,求:
(1)a球在最高点速度.
(2)b球在最高点速度.
(3)a、b两球落地点间的距离.
正确答案
解:
(1)以a球为对象,设其到达最高点时的速度为va,根据向心力公式有:
又Fa=3mg
代入解得
(2)以b球为对象,设其到达最高点时的速度为vb,根据向心力公式有
又Fb=0.75mg 即
所以
(3)a、b两球脱离轨道的最高点后均做平抛运动,所以a、b两球的水平位移分别为:
故a、b两球落地点间的距离△s=sa-sb=3R.
答:(1)a球在最高点速度.
(2)b球在最高点速度.
(3)a、b两球落地点间的距离是3R.
解析
解:
(1)以a球为对象,设其到达最高点时的速度为va,根据向心力公式有:
又Fa=3mg
代入解得
(2)以b球为对象,设其到达最高点时的速度为vb,根据向心力公式有
又Fb=0.75mg 即
所以
(3)a、b两球脱离轨道的最高点后均做平抛运动,所以a、b两球的水平位移分别为:
故a、b两球落地点间的距离△s=sa-sb=3R.
答:(1)a球在最高点速度.
(2)b球在最高点速度.
(3)a、b两球落地点间的距离是3R.
光滑水平面上,质量为2kg的物体,在大小为30N的水平拉力作用下运动,则物体的加速度大小是( )
正确答案
解析
解:物体的加速度大小a=.故C正确,A、B、D错误.
故选:C.
一个物体(可视为质点)从长为L,高为h的光滑斜面顶端A由静止开始下滑,如图所示,物体在斜面上下滑的加速度大小为______,滑到斜面下端时的速度大小为______.
正确答案
解析
解:设斜面的倾角为θ,根据牛顿第二定律得,a=.
根据v2=2aL得,v=.
故答案为:,
.
如图所示,放在水平地面上质量均为1kg的两个小物体A、B相距8m,它们与水平地面的动摩擦因数均为μ=0.2,现使它们分别以初速度vA=6m/s和vB=2m/s同时相向运动,直到它们相遇时,经历的时间是______s(结果可以保留根号),二者相遇位置距A出发点的距离为______m.(重力加速度g=10m/s2)
正确答案
解:根据牛顿第二定律得,A、B匀减速运动的加速度大小均为:
a=μg=0.2×10m/s2=2m/s2,
则B速度减为零的时间为:
,
此时B的位移为:
,
A的位移为:
=
,
此时两者还相距:△x=8-5-1m=2m,
可知相遇时A的位移为:xA′=7m,
根据得代入数据解得:t=(3-
)s; 此时相遇的位置距离A出发点为7m.
故答案为:3-; 7
解析
解:根据牛顿第二定律得,A、B匀减速运动的加速度大小均为:
a=μg=0.2×10m/s2=2m/s2,
则B速度减为零的时间为:
,
此时B的位移为:
,
A的位移为:
=
,
此时两者还相距:△x=8-5-1m=2m,
可知相遇时A的位移为:xA′=7m,
根据得代入数据解得:t=(3-
)s; 此时相遇的位置距离A出发点为7m.
故答案为:3-; 7
(2015•防城港一模)如图所示,一根轻弹簧竖直立在水平地面上,下端固定.一小球从高处自由落下,落到弹簧上端,将弹簧压缩至最低点.能正确反映上述过程中小球的加速度随下降位移x变化关系的图象可能是图中的( )
正确答案
解析
解:小球开始下落时,做自由落体运动,加速度不变,当小球和弹簧接触时,根据牛顿第二定律得:
mg-kx=ma
所以:
a=g-,根据简谐运动的对称性,最低点的加速度大于g,故A正确,B、C、D错误.
故选:A.
成都市二环路BRT(快速公交)于2013年开始运营,其中K1环线(杉板桥站-杉板桥站)全线共31个(包括首末)站点.公交车正常运行过程中,进出站时(可视为水平面上的匀变速直线运动)加速度的大小均为2.5m/s2,停站时间20s,其余路段均以45km/h的速率行驶,取g=10m/s2.
(1)求公交车出站时,车上相对车静止的某乘客(质量为50kg)所受公交车的作用力大小.
(2)若公交车从首站出发到末站的过程中,中途不停靠任何站点,其他运行方式不变,则跑完全线所用时间比全线正常运行所用的时间少多少?
正确答案
解:(1)出站过程中,对人,Fx=ma=125N
Fy=mg=500N
所以N
(2)对出站过程,s,
m
对进站过程,t2=t1=5s,x2=x1=31.25m
中途每停靠一站多用时间+20=25s
中途不停靠比全线正常运行少停靠29个站点,故△t=29△t0=725s
答:(1)公交车对人的作用力为125s;
(2)比全线正常运行所用的时间少725s.
解析
解:(1)出站过程中,对人,Fx=ma=125N
Fy=mg=500N
所以N
(2)对出站过程,s,
m
对进站过程,t2=t1=5s,x2=x1=31.25m
中途每停靠一站多用时间+20=25s
中途不停靠比全线正常运行少停靠29个站点,故△t=29△t0=725s
答:(1)公交车对人的作用力为125s;
(2)比全线正常运行所用的时间少725s.
水平传递带AB以v=200cm/s的速度匀速运动,如图所示,A、B相距0.011km,一物体(可视为质点)从A点由静止释放,物体与传送带间的动摩擦因数μ=0.2,取g=10m/s2,求物体从A沿传送带运动到B所需的时间.
正确答案
解:物体放上传送带,先做匀加速直线运动,加速度为:
a==μg=2m/s2;
设经过时间t1速度达到2m/s,则:t1==
s=1s
匀加速直线运动的位移为 x1==
m=1m
则匀速运动的位移为:x2=L-x1=11m-1m=10m,
匀速运动的时间为:t2==
s=5s
总时间为:t=t1+t2=1s+5s=6s.
答:物体从A沿传送带运动到B所需的时间是6s.
解析
解:物体放上传送带,先做匀加速直线运动,加速度为:
a==μg=2m/s2;
设经过时间t1速度达到2m/s,则:t1==
s=1s
匀加速直线运动的位移为 x1==
m=1m
则匀速运动的位移为:x2=L-x1=11m-1m=10m,
匀速运动的时间为:t2==
s=5s
总时间为:t=t1+t2=1s+5s=6s.
答:物体从A沿传送带运动到B所需的时间是6s.
(2015秋•南昌校级月考)质量分别为m1和m2的木块,并列放置于光滑水平地面,如图所示,当木块1受到水平力F的作用时,两木块同时向右做匀加速运动,求:
(1)匀加速运动的加速度多大?
(2)木块1对2的弹力.
正确答案
解:(1)对整体分析可知,物体受到的合力为F;
由牛顿第二定律可知:
;
(2)对2分析可知,物体受到的合力为1对2的弹力;
则由牛顿第二定律可知:
T=m2a=;
答:(1)匀加速运动的加速度为
(2)木块1对2的弹力为.
解析
解:(1)对整体分析可知,物体受到的合力为F;
由牛顿第二定律可知:
;
(2)对2分析可知,物体受到的合力为1对2的弹力;
则由牛顿第二定律可知:
T=m2a=;
答:(1)匀加速运动的加速度为
(2)木块1对2的弹力为.
如图,物块a、b和c的质量相同,a和b、b和c之间用完全相同的轻弹簧S1和S2相连,通过系在a上的细线悬挂于固定点O.整个系统处于静止状态.现将细线剪断.将物块a的加速度的大小记为a1,S1和S2相对于原长的伸长分别记为△l1和△l2,重力加速度大小为g.在剪断的瞬间,( )
正确答案
解析
解:A、B、对a、b、c分别受力分析如图,
根据平衡条件,有:
对a:F2=F1+mg
对b:F1=F+mg
对c:F=mg
所以:F1=2mg
弹簧的弹力不能突变,因形变需要过程,绳的弹力可以突变,绳断拉力立即为零.
当绳断后,b与c受力不变,仍然平衡,故a=0;
对a,绳断后合力为F合=F1+mg=3mg=maa,aa=3g方向竖直向下;故A正确,B错误.
C、D、当绳断后,b与c受力不变,则F1=k△l1,;同时:F=k△l2,所以:
.联立得△l1=2△l2:故C正确,D错误.
故选:AC.
某钢索能承受的最大拉力为4×104N,如果用这条钢绳使3.5t的货物匀加速上升,则物体在7s内发生的速度改变量不能超过______m/s.
正确答案
10
解析
解:由牛顿第二定律得:Fmax-mg=ma
根据加速度定义公式,有:
联立解得:
代入数据得:
所以:
答:在7s内发生的速度改变不能超过10m/s.
如图所示,水平地面上有A、B两点,且两点间距离LAB=6m,质量m=2kg的物体(可视为质点)静止在A点,地面与物块的滑动摩擦因数μ=0.2,为使物体运动到B点,现给物体施加一水平F=10N的拉力,g取10m/s2,求
(1)物体运动到B点的时间;
(2)拉力F作用的最短时间.
正确答案
解:(1)由F-μmg=ma1得:
a1=
在水平地面上做初速度为零的匀加速直线运动,位移有:
解得:t=2s
(2)要使F作用时间最短,则F作用一段最短时间t1后撤去该力,使物体匀减速运动t2时间在B点恰好停止.设撤去F后物体做匀减速直线运动的加速度大小为a2,时间为t2,位移为s2,由题意可得:
μmg=ma2
a2=2m/s2
a1t1=a2t2
s1+s2=LAB
联立解得最短的时间
答:(1)物体运动到B点的时间为2s
(2)拉力F作用的最短时间为.
解析
解:(1)由F-μmg=ma1得:
a1=
在水平地面上做初速度为零的匀加速直线运动,位移有:
解得:t=2s
(2)要使F作用时间最短,则F作用一段最短时间t1后撤去该力,使物体匀减速运动t2时间在B点恰好停止.设撤去F后物体做匀减速直线运动的加速度大小为a2,时间为t2,位移为s2,由题意可得:
μmg=ma2
a2=2m/s2
a1t1=a2t2
s1+s2=LAB
联立解得最短的时间
答:(1)物体运动到B点的时间为2s
(2)拉力F作用的最短时间为.
如图所示,光滑水平面上有一块木板,质量M=2.0kg,长度L=1.0m.在木板的最右端有一个小滑块(可视为质点),质量m=1.0kg.小滑块与木板之间的动摩擦因数μ=0.2.开始时它们都处于静止状态.某时刻起对小滑块施加一个F=5.0N水平向左的恒力,此后小滑块将相对木板滑动.取g=10m/s2.求:
(1)小滑块从木板右端运动到左端所用的时间t;
(2)小滑块从木板右端运动到左端的过程中,恒力F对小滑块所做的功W;
(3)如果想缩短小滑块从木板右端运动到左端所用的时间t,只改变木板的质量M,请你通过计算,判断木板的质量M应该增大还是减小?
正确答案
解:(1)小滑块受到水平向左的恒力F和水平向右的滑动摩擦力作用,向左做匀加速直线运动,所受滑动摩擦力f=μmg=0.2×1.0×10=2.0N
根据牛顿第二定律,小滑块的加速度m/s2
木板所受向左的滑动摩擦力f′=f向左做匀加速直线运动
根据牛顿第二定律,木板的加速度m/s2
在小滑块从木板右端运动到左端所用的时间为t内
小滑块的位移
木板的位移
由几何关系可知L=x1-x2
解得t=1.0s
(2)小滑块的位移=1.5m
恒力F对小滑块所做的功W=Fx1=5.0×1.5=7.5J
(3)由于x1-x2=L,即
将(1)中各式代入,有
若只改变M,则M增加时,t减小
答:(1)小滑块从木板右端运动到左端所用的时间为1s;
(2)小滑块从木板右端运动到左端的过程中,恒力F对小滑块所做的功为7.5J;
(3)木板的质量M应该增大.
解析
解:(1)小滑块受到水平向左的恒力F和水平向右的滑动摩擦力作用,向左做匀加速直线运动,所受滑动摩擦力f=μmg=0.2×1.0×10=2.0N
根据牛顿第二定律,小滑块的加速度m/s2
木板所受向左的滑动摩擦力f′=f向左做匀加速直线运动
根据牛顿第二定律,木板的加速度m/s2
在小滑块从木板右端运动到左端所用的时间为t内
小滑块的位移
木板的位移
由几何关系可知L=x1-x2
解得t=1.0s
(2)小滑块的位移=1.5m
恒力F对小滑块所做的功W=Fx1=5.0×1.5=7.5J
(3)由于x1-x2=L,即
将(1)中各式代入,有
若只改变M,则M增加时,t减小
答:(1)小滑块从木板右端运动到左端所用的时间为1s;
(2)小滑块从木板右端运动到左端的过程中,恒力F对小滑块所做的功为7.5J;
(3)木板的质量M应该增大.
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