- 牛顿运动定律
- 共29769题
如图所示,静止在光滑水平桌面的布带上有一质量为m=1.0kg的小铁块,它离布带的右端距离为L=0.5m,铁块与布带间动摩擦因数为μ=0.1.现用力从静止开始向左以a0=2m/s2的加速度将布带从铁块下抽出,假设铁块大小不计,铁块不滚动,g取10m/s2,
求:(1)将布带从铁块下抽出需要多长时间?
(2)布带对铁块做了多少功?
正确答案
解:(1)设铁块离开带时,相对桌面移动了x的距离,布带移动的距离为L+x,铁块滑动的加速度为a,
由牛顿第二定律得:μmg=ma,
a=μg=1m/s2
根据运动学公式有:L+x=
x=
解得:t==1s
故将布带从铁块下抽出需要1s.
(2)x==0.5m
布带对铁块做的功:W=μmgx=0.5J
故布带对铁块做了0.5J的功.
解析
解:(1)设铁块离开带时,相对桌面移动了x的距离,布带移动的距离为L+x,铁块滑动的加速度为a,
由牛顿第二定律得:μmg=ma,
a=μg=1m/s2
根据运动学公式有:L+x=
x=
解得:t==1s
故将布带从铁块下抽出需要1s.
(2)x==0.5m
布带对铁块做的功:W=μmgx=0.5J
故布带对铁块做了0.5J的功.
如图a所示为杂技“顶杆”表演,一质量为m1=80kg的成年人站在地面上,肩上扛一质量为m2=5kg的竖直竹竿,竿上有一质量m3=30kg的小孩可看成是质点,竿上的小孩从竿的顶端A恰好下滑到竿的末端B,其速度-时间图象如图b所示,g取10m/s2,求:
(1)竿的长度lAB为多少;
(2)地面上的成人对地的最大压力为多少?
(3)小孩在加速下滑过程中受到摩擦力的冲量大小为多少?
正确答案
解:(1)由速度图象可知竿长为:l==3m;
(2)以杆、小孩和成人整体研究.小孩匀减速下降时,成人对地压力最大,加速度方向向上,系统超重.加速度大小由图象可得:
a1=2 m/s2,
则:F支=(m1+m2+m3)g+m3a1=1210N;
由牛顿第三定律可知,成人对地压力为1210N
(3)小孩加速下滑的加速度由图象可得:a2=1m/s2
由牛顿第二定律有:m3g-f=m3a
f=m3g-m3a=270N
摩擦力冲量为:If=ft=270×2 Ns=540Ns
答:(1)竿的长度lAB为3m.
(2)地面上的成人对地的最大压力为1210N;
(3)小孩在加速下滑过程中受到摩擦力的冲量大小为540Ns.
解析
解:(1)由速度图象可知竿长为:l==3m;
(2)以杆、小孩和成人整体研究.小孩匀减速下降时,成人对地压力最大,加速度方向向上,系统超重.加速度大小由图象可得:
a1=2 m/s2,
则:F支=(m1+m2+m3)g+m3a1=1210N;
由牛顿第三定律可知,成人对地压力为1210N
(3)小孩加速下滑的加速度由图象可得:a2=1m/s2
由牛顿第二定律有:m3g-f=m3a
f=m3g-m3a=270N
摩擦力冲量为:If=ft=270×2 Ns=540Ns
答:(1)竿的长度lAB为3m.
(2)地面上的成人对地的最大压力为1210N;
(3)小孩在加速下滑过程中受到摩擦力的冲量大小为540Ns.
在水平面上放置一倾角为θ的斜面体A,质量为M,与水平面间动摩擦因数为μ1,其斜面上静放一质量为m的物块B,A、B间动摩擦因数为μ2(已知μ2>tanθ),如图所示.现将一水平向右的力F作用在斜面体A上,F的数值由零逐渐增加,当A、B将发生相对滑动时,F不再改变.设滑动摩擦力等于最大静摩擦力,求:
(1)B所受摩擦力的最大值;
(2)水平力F的最大值.
正确答案
解:(1)设最大加速度为a,在水平方向,对B有:
fcosθ-FNsinθ=ma
在竖直方向对B有:
fsinθ+FNcosθ=mg
又有:f=μ2FN
联立得:
(2)由以上各式解得:
把AB看做整体由牛顿第二定律得:
F-μ1(M+m)g=(M+m)a
联立得:
答:(1)B所受摩擦力的最大值为;
(2)水平力F的最大值为.
解析
解:(1)设最大加速度为a,在水平方向,对B有:
fcosθ-FNsinθ=ma
在竖直方向对B有:
fsinθ+FNcosθ=mg
又有:f=μ2FN
联立得:
(2)由以上各式解得:
把AB看做整体由牛顿第二定律得:
F-μ1(M+m)g=(M+m)a
联立得:
答:(1)B所受摩擦力的最大值为;
(2)水平力F的最大值为.
如图所示,在光滑的水平地面上,有两个质量相等的物体,中间用劲度系数为k的轻质弹簧相连,在水平外力F1、F2的作用下运动,已知F1<F2,当该运动达到稳定时,弹簧的伸长量为( )
正确答案
解析
解:以整体为研究对象,此时的加速度为:a=,
隔离B对B受力分析,根据牛顿第二定律有:F2-F=ma
根据胡克定律得:F=kx,
解得,弹簧的伸长量:x=;
故选:D.
如图,一块质量为M=2kg,长L=1m的匀质木板放在足够长的光滑水平桌面上,初始时速度为零.板的最左端放置一个质量m=1kg的小物块,小物块与木板间的动摩擦因数为μ=0.2,小物块上连接一根足够长的水平轻质细绳,细绳跨过位于桌面边缘的定滑轮(细绳与滑轮间的摩擦不计,木板与滑轮之间距离足够长,g=10m/s2).
(1)若木板被固定,某人以恒力F=4N向下拉绳,则小木块滑离木板所需要的时间是多少?
(2)若木板不固定,某人仍以恒力F=4N向下拉绳,则小木块滑离木板所需要的时间是多少?
(3)若人以恒定速度v1=1m/s向下匀速拉绳,同时给木板一个v2=0.5m/s水平向左的初速度,则木块滑离木板所用的时间又是多少?
正确答案
解:(1)对小物块受力分析,由牛顿第二定律得:m受到的合力F合=μmg=ma
可得:a=2m/s2
运动学公式s=
可得t1=ls
(2)对小物块、木板受力分析,由牛顿第二定律得:
对m:F-μmg=ma1,
对M:μmg=Ma2
可得:a1=2m/s2,a2=1m/s2
物块的位移s1=a1t2,木板的位移s2=
a2t2
m相对于M向右运动,
所以s1-s2=L
由以上三式可得t=s
(3)若人以恒定速度v1=1m/s向下匀速拉绳,木板向左做匀减速运动,
对M而言,由牛顿第二定律得:μmg=Ma3
可得:a3=1m/s2,方向向右,
物块m向右匀速运动,其位移为x3=v1t
木板向左的位移为x4=v2t-a3t2m和M沿相反方向运动,
所以得x3+x4=L
由以上三式可得t=1s
答:(1)若木板被固定,某人以恒力F=4N向下拉绳,则小木块滑离木板所需要的时间是1s;
(2)若木板不固定,某人仍以恒力F=4N向下拉绳,则小木块滑离木板所需要的时间是s;
(3)木块滑离木板所用的时间是1s.
解析
解:(1)对小物块受力分析,由牛顿第二定律得:m受到的合力F合=μmg=ma
可得:a=2m/s2
运动学公式s=
可得t1=ls
(2)对小物块、木板受力分析,由牛顿第二定律得:
对m:F-μmg=ma1,
对M:μmg=Ma2
可得:a1=2m/s2,a2=1m/s2
物块的位移s1=a1t2,木板的位移s2=
a2t2
m相对于M向右运动,
所以s1-s2=L
由以上三式可得t=s
(3)若人以恒定速度v1=1m/s向下匀速拉绳,木板向左做匀减速运动,
对M而言,由牛顿第二定律得:μmg=Ma3
可得:a3=1m/s2,方向向右,
物块m向右匀速运动,其位移为x3=v1t
木板向左的位移为x4=v2t-a3t2m和M沿相反方向运动,
所以得x3+x4=L
由以上三式可得t=1s
答:(1)若木板被固定,某人以恒力F=4N向下拉绳,则小木块滑离木板所需要的时间是1s;
(2)若木板不固定,某人仍以恒力F=4N向下拉绳,则小木块滑离木板所需要的时间是s;
(3)木块滑离木板所用的时间是1s.
如图所示,一光滑斜面固定在水平面上,斜面上放置一质量不计的柔软薄纸带.现将质量为M=2kg的A物体和质量m=1kg的B物体轻放在纸带上.两物体可视为质点,物体初始位置数据如图,A、B与纸带间的动摩擦因数分别为μA=0.5、μB=0.8(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2).则( )
正确答案
解析
解:A、对A分析,因为mAgsin53°>μAmAgcos53°,知A的加速度a==5m/s2.A离开纸带前做匀加速直线运动.对B、mBgsin37°<μBmBgcos37°,知B能保持纸带相对静止,因为A对纸带的最大摩擦力大于B重力沿斜面方向上的分力,则物体B能保持静止.故A正确,B错误.
C、两物体同时静止释放,在A滑离纸带前,A做匀加速直线运动,B与纸带处于静止,根据,解得t=
,知A物体滑离纸带所需的时间为0.8s.故C正确.
D、当A物体滑离纸带后,B物体与纸带向下做匀加速直线运动,a′=gisn37°=6m/s2.则,解得
,则B物体到达水平面的时间t总=0.8+1s=1.8s.故D正确.
故选ACD.
如图所示,A和B的质量分别是1kg和2kg,弹簧和悬线的质量不计,在A上面的悬线烧断的瞬间( )
正确答案
解析
解:A、B、对A受力分析知道,原来受到绳的拉力向上,重力向下,弹力向下,故烧断后A的受力只剩重力,弹簧弹力,故烧断后A的合力为FA=mAg+F=mAg+mBg=3g,故其加速度为=
=3g,故A错误,B错误;
C、D、烧断后绳的拉力立刻消失,而弹簧弹力不变,对B受力分析可以知道,烧断绳前后B都是受重力和弹簧弹力,且烧断前B受力平衡,故烧断后仍平衡,即弹力等于B的重力F=mBg,B的加速度为零,故C正确,D错误;
故选:C.
在一长为s,倾角为θ,沿顺时针方向匀速运动的传送带的下端A点,每隔相等的时间T就轻轻放上一个相同的工件,如图所示.已知工件与传送带间动摩擦因数为μ,工件质量均为m.经测量,发现后面那些已经和传送带达到相同速度的工件之间的距离为L,则下列判断正确的有( )
正确答案
解析
解:A、B、工件在传送带上先做匀加速直线运动,然后做匀速直线运动,每个工件滑上传送带后运动的规律相同,可知x=vT,解得传送带的速度v=.故A正确、B错误;
C、设每个工件匀加速运动的时间为t,根据牛顿第二定律得,工件的加速度为μgcosθ-gsinθ,根据v=v0+at,解得:t=工件与传送带相对滑动的路程为:
△x=,则摩擦产生的热量为:Q=μmgcosθ△x=
.故C正确;
D、根据能量守恒得,传送带因传送一个工件多消耗的能量E=mv2+mgh+μmg△x=
,.故D错误;
故选:AC
一物体受到两个互相垂直的外力作用,已知F1=3N,F2=4N,物体在这两个力作用下获得的加速度为5m/s2,那么物体的质量为______kg,由F1和F2单独作用时,各自产生的加速度大小分别为______m/s2和______m/s2.
正确答案
1
3
4
解析
解:根据平行四边形定则知,物体所受的合力,
则物体的质量m=.
F1单独作用时的加速度,F2单独作用时的加速度
.
故答案为:1,3,4.
一个物体,受到F1=4N的力,产生a1=2m/s2的加速度,要使它产生a2=3m/s2的加速度,需要施加多大的作用力?
正确答案
解:物体的质量:m==
=2kg,
由牛顿第二定律可知,作用力:
F2=ma2=2×3=6N;
答:需要施加的作用力为6N.
解析
解:物体的质量:m==
=2kg,
由牛顿第二定律可知,作用力:
F2=ma2=2×3=6N;
答:需要施加的作用力为6N.
某电视台闯关竞技节目的第一关是雪滑梯,其结构可以简化为下图模型,雪滑梯顶点距地面高h=15m,滑梯斜面部分长l=25m,在水平部分距离斜道底端为x0=20m处有一海绵坑.比赛时参赛运动员乘坐一质量为M的雪轮胎从赛道顶端滑下,在水平雪道上某处翻离雪轮胎滑向海棉坑,运动员停在距离海绵坑1m范围内算过关.已知雪轮胎与雪道间的动摩擦因数μ1=0.3,运动员与雪道间动摩擦因数为μ2=0.8,假没运动员离开雪轮胎的时间不计,运动员落到雪道上时的水平速度不变,求质量为m的运动员(可视为质点)在水平雪道上的什么区域离开雪轮胎才能闻关成功.
正确答案
解:设运动员乘坐雪轮胎沿斜槽滑动时的加速度为a0,滑道底端时的速度大小为v,有:
(m+M)gsinθ-μ1(M+m)gcosθ=(m+M)a0
根据速度位移公式,有:
v2=2a0l
代入数据解得:m/s
在水平轨道上运动时,运动员乘坐雪轮胎时加速度大小为a1,翻下后加速度大小为a2,由牛顿运动定律得:
μ1(m+M)g=(m+M)a1
μ2mg=ma2
设在距离海绵坑x1处翻下时刚好滑道海绵坑边停下,翻下时速度为v1,则有:
v2-=2a1(x0-x1)
联立并代入数据解得:x1=6m
设在距离海绵坑x2处翻下刚好滑到距离海绵坑边1m处停下,翻下时速度为v2,则有:
联立并代入数据解得:x2=7.6m
答:选手应该在距离海绵坑7.6m至6m之间的区域离开雪轮胎,才能闯关成功.
解析
解:设运动员乘坐雪轮胎沿斜槽滑动时的加速度为a0,滑道底端时的速度大小为v,有:
(m+M)gsinθ-μ1(M+m)gcosθ=(m+M)a0
根据速度位移公式,有:
v2=2a0l
代入数据解得:m/s
在水平轨道上运动时,运动员乘坐雪轮胎时加速度大小为a1,翻下后加速度大小为a2,由牛顿运动定律得:
μ1(m+M)g=(m+M)a1
μ2mg=ma2
设在距离海绵坑x1处翻下时刚好滑道海绵坑边停下,翻下时速度为v1,则有:
v2-=2a1(x0-x1)
联立并代入数据解得:x1=6m
设在距离海绵坑x2处翻下刚好滑到距离海绵坑边1m处停下,翻下时速度为v2,则有:
联立并代入数据解得:x2=7.6m
答:选手应该在距离海绵坑7.6m至6m之间的区域离开雪轮胎,才能闯关成功.
(2015秋•太原期末)如图所示,倾角为30°的光滑斜面的下端有一水平传送带,传送带正以6m/s速度运动,运动方向如图所示.一个质量为m的物体(物体可以视为质点),从h=3.2m高处由静止沿斜面下滑,物体经过A点时,不管是从斜面到传送带还是从传送带到斜面,都不计其速率变化.物体与传送带间的动摩擦因数为0.5,重力加速度g=10m/s2,则:
(1)物体由静止沿斜面下滑到斜面末端需要多长时间;
(2)物体在传送带上向左运动的最远距离(传送带足够长);
(3)物体第一次通过传送带返回A点后,沿斜面上滑的最大高度为多少.
正确答案
解:(1)物体在斜面上的加速度大小.
根据
解得t=.
滑到底端的速度v=a1t=5×1.6m=8m/s
(2)物体在传送带上做匀减速运动的加速度大小,
则物体在传送带上向左运动的最远距离x=,
(3)因为物块速度减为零后,返回做匀加速直线运动,返回时速度达到传送带速度后做匀速直线运动,所以物块返回到A点的速度为6m/s,
则上滑的距离s=,上升的高度h
.
答:(1)物体由静止沿斜面下滑到斜面末端需要1.6s.
(2)物体在传送带上向左运动的最远距离为6.4m.
(3)物体第一次通过传送带返回A点后,沿斜面上滑的最大高度为1.8m.
解析
解:(1)物体在斜面上的加速度大小.
根据
解得t=.
滑到底端的速度v=a1t=5×1.6m=8m/s
(2)物体在传送带上做匀减速运动的加速度大小,
则物体在传送带上向左运动的最远距离x=,
(3)因为物块速度减为零后,返回做匀加速直线运动,返回时速度达到传送带速度后做匀速直线运动,所以物块返回到A点的速度为6m/s,
则上滑的距离s=,上升的高度h
.
答:(1)物体由静止沿斜面下滑到斜面末端需要1.6s.
(2)物体在传送带上向左运动的最远距离为6.4m.
(3)物体第一次通过传送带返回A点后,沿斜面上滑的最大高度为1.8m.
某同学用竖直向上的力F拉物体,测量物体的加速度a与拉力F间的关系,根据测得的结果画出a-F图象,如图所示.由图象可知,物体的质量m=______kg.
正确答案
2
解析
解:由画出a-F图象可得:a=kF
再由牛顿第二定律得:a=
则:k= 即:m=
=
=2
故答案为:2
如图所示,质量M=1kg且足够长的木板静止在水平面上,与水平面间动摩擦因数μ1=0.1.现有一质量m=2kg的小铁块以v0=3m/s的水平速度从左端滑上木板,铁块与木板间动摩擦因数μ2=0.2.重力加速度g=10m/s2.求:
(1)经过多长时间小铁块与木板速度相同?
(2)从木板开始运动至停止的整个过程中,小铁块相对地面的位移?
(3)从木板开始运动至停止的整个过程中,木板与地面摩擦产生的热量是多少?
正确答案
解:(1)设铁块和木块的加速度大小分别a1和a2,对铁块受力分析,由牛顿第二定律可得:
μ2mg=ma1,
代入数据解得:a1=2m/s2
对木板可得:μ2mg-μ1(m+M)g=Ma2,a2=1m/s2
故铁块和木板的加速度大小分别为2m/s2和1m/s2.
铁块先向右减速,木板向右加速,两者速度相等后,又一起向右减速,直到静止.
设木板从开始运动到最大速度相同所需时间为t,最大速度为v,由运动学公式可知:
v=v0-a1t
v=a2t
两式联立可得:t=1s,v=1m/s
故经过1s时间小铁块与木板速度相同,木板的最大速度为1m/s.
(2)设铁块和木板速度相等前,铁块和木板的位移分别为x1和x2,一起匀减速运动的加速度大小为a3,位移为x3,则由运动学公式可知:
则得:
x1==
m=2m,x2=
=
m=0.5m
根据牛顿第二定律得
a3==μ1g=1m/s2
则得 x2==
m=0.5m
故小铁块相对地面的总位移 x铁=x1+x3=2.5m
(3)木板的总位移:x木=x1+x3=1m
故木板与地面摩擦产生的热量:Q=μ1(m+M)gx木=3J
答:(1)经过1s长时间小铁块与木板速度相同.
(2)从木板开始运动至停止的整个过程中,小铁块相对地面的位移是2.5m
(3)从木板开始运动至停止的整个过程中,木板与地面摩擦产生的热量是3J.
解析
解:(1)设铁块和木块的加速度大小分别a1和a2,对铁块受力分析,由牛顿第二定律可得:
μ2mg=ma1,
代入数据解得:a1=2m/s2
对木板可得:μ2mg-μ1(m+M)g=Ma2,a2=1m/s2
故铁块和木板的加速度大小分别为2m/s2和1m/s2.
铁块先向右减速,木板向右加速,两者速度相等后,又一起向右减速,直到静止.
设木板从开始运动到最大速度相同所需时间为t,最大速度为v,由运动学公式可知:
v=v0-a1t
v=a2t
两式联立可得:t=1s,v=1m/s
故经过1s时间小铁块与木板速度相同,木板的最大速度为1m/s.
(2)设铁块和木板速度相等前,铁块和木板的位移分别为x1和x2,一起匀减速运动的加速度大小为a3,位移为x3,则由运动学公式可知:
则得:
x1==
m=2m,x2=
=
m=0.5m
根据牛顿第二定律得
a3==μ1g=1m/s2
则得 x2==
m=0.5m
故小铁块相对地面的总位移 x铁=x1+x3=2.5m
(3)木板的总位移:x木=x1+x3=1m
故木板与地面摩擦产生的热量:Q=μ1(m+M)gx木=3J
答:(1)经过1s长时间小铁块与木板速度相同.
(2)从木板开始运动至停止的整个过程中,小铁块相对地面的位移是2.5m
(3)从木板开始运动至停止的整个过程中,木板与地面摩擦产生的热量是3J.
物体A、B、C均静止在同一水平面上,它们的质量分别为mA、mB、mC,与水平面的动摩擦因数分别为μA、μB、μC,用平行于水平面的拉力F分别拉物体A、B、C,所得加速度a与拉力F的关系图线如图所对应的直线甲、乙、丙所示,甲、乙直线平行,则以下说法正确的是( )
①μA<μB,mA=mB②μB>μC,mB>mC ③μB=μC,mB>mC ④μA<μC,mA<mC.
正确答案
解析
解:根据牛顿第二定律得
F-μmg=ma
得a=
根据数学知识得知,a-F图象的斜率k=,由图象看出,甲乙的斜率相等,大于丙的斜率,则mA=mB<mC.
当F=0时,a=-μg,则根据图象看出,μA<μB=μC.
综上μA<μC,mA<mC.
故选C
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