• 用牛顿运动定律解决问题(一)
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题型:简答题
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简答题

如图所示,倾角为37°的粗糙斜面固定于水平地面上,质量m=2kg的木块从斜面底端以4m/s的初速度滑上斜面,木块与斜面间的动摩擦因数为0.25。现规定木块初始位置重力势能为零,且斜面足够长。(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8),求:

(1)木块在上滑过程中加速度的大小;

(2)木块在斜面上运动的总时间;

(3)木块的重力势能与动能相等时的离地高度。

正确答案

解:(1)

 

(2) 

(3)上滑过程中: 

下滑过程中:

 

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简答题

质量m=2kg的物体,静止在水平地面上,今对其施加一个F=18N的水平力作用t1=2s,然后撤去该力,若物体与地面间的动摩擦因数μ=0.3,求 

(1)物体从开始运动到停止,发生的总位移是多少? 

(2)画出物体整个运动过程中的v-t图象。

正确答案

解:(1)设物体加速运动的加速度为a1,位移为s1,减速运动的加速度为a2,位移为s2,则由牛顿第二定律和运动学公式得:    

F-μmg=ma1s1=a1t12/2    

μmg=ma2

s2=(a1t1)2/2a2  

s1+s2=36m

(2)   

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简答题

在消防演习中,消防队员通过一根竖直的长绳从楼房顶端由静止开始滑下,经一段时间落地。某消防队员下滑过程中轻绳对消防队员的作用力随时间变化情况如图所示,已知消防队员质量m=60kg,消防队员脚一触地其与长绳作用力即为零,g取10m/s2。求:

(1)消防员在下滑过程中的最大速度;

(2)楼房的高度。

正确答案

(1)5m/s

(2)8.5m

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简答题

如图所示,木板可绕轴在竖直平面内转动,某研究小组利用此装置探究物块的加速度与斜面倾角之间的关系.已知物块始终受到方向沿斜面向上、大小为=8 N的拉力作用,由静止开始运动,物块的质量=1kg,通过多次改变斜面倾角,重复实验,用测得的数据描绘出了如图所示的-关系图象.若物块与木板间的动摩擦因数为= 0.2,物块与木板间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度=10 m/s2.求:

(1)图线与轴交点坐标0

(2)图线与轴交点坐标1满足的条件(用代数式表示);

(3)如果木板长=2 m,倾角=37°,物块在的作用下从点由静止开始运动,要使物块不冲出木板顶端,力作用的最长时间.(sin37°=0.6,cos37°=0.8)

正确答案

解:(1)对物块,时,有

解得:m/s2(2)当时,物块的加速度恰好为零,有

    

以上两式联立解得:

(3)设最长作用时间为,有

撤去后,有

  

解得:s

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简答题

如图所示,质量为4.0kg的物体在与水平方向成37°角、大小为20.0N的拉力F作用下,沿水平面由静止开始运动,物体与地面间动摩擦因数为0.20(取g=10m/s2,已知cos37°=0.8,sin37°=0.6);求:

(1)物体的加速度大小;

(2)经过2s撤去F,再经3s时物体的速度大小。

正确答案

解:(1)物体受力如图所示

在x轴方向对物体运用牛顿第二定律得:

在y轴方向由平衡条件得:

又因为:

联立以上三式代入数据解得:2.6m/s2

(2)设经过2s时的速度为v1m/s,由匀变速运动公式得:m/s

撤去F后,据牛顿第二定律有:

解得:a′=-g =-0.20×10 m/s2=-2.0 m/s2

由于=2.6s<3 s=(5-2)s

则撤去F后,再经3s,即5s末时速度为:v'=0 

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简答题

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F=4N向下拉绳,则小木块滑离木板所需要的时间是多少?整个过程恒力F做多少功?

(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?整个过程恒力F做多少功?

正确答案

解:(1)对小物块受力分析,由牛顿第二定律得:

代入数据得:a=2m/s2

运动学公式

代入数据得

(2)对小物块、木板受力分析,由牛顿第二定律得:

 ①

 ②

由①②代入数据得:a1=2m/s2,a2=1m/s2

物块的位移

木板的位移 ④

由③④⑤代入数据得t2=s ⑥

由③⑥代入数据得2m

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简答题

中央电视台近期推出了一个游戏节目——推矿泉水瓶。选手们从起点开始用力推瓶一段时间后,放手让瓶向前滑动,若瓶最后停在桌上有效区域内,视为成功;若瓶最后不停在有效区域内或在滑行过程中倒下均视为失败。其简化模型如图所示,AC是长度为L1=5m的水平桌面,选手们可将瓶子放在A点,从A点开始用一恒定不变的水平推力推瓶,BC为有效区域。已知BC长度为L2=1m,瓶子质量为m=0.5 kg,瓶子与桌面间的动摩擦因数μ=0.4。某选手作用在瓶子上的水平推力F=20N,瓶子沿AC做直线运动,假设瓶子可视为质点,那么该选手要想游戏获得成功(g取10m/s2),试问:

(1)推力作用在瓶子上的时间最长不得超过多少?

(2)推力作用在瓶子上的距离最小为多少?

正确答案

解:(1)要想游戏获得成功,瓶滑到C点速度正好为0,力作用时间最长,设最长作用时间为t1,有力作用时瓶的加速度为a1,t1时刻瓶的速度为v,力停止后加速度为a2,由牛顿第二定律得

F-μmg=ma1

μmg=ma2加速运动过程中的位移

减速运动过程中的位移

位移关系满足x1+x2=L1又v=a1t1由以上各式解得

(2)要想游戏获得成功,瓶滑到B点速度正好为零,力作用距离最小,设最小距离为d,则

v'2=2a1d

联立解得d=0.4 m

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简答题

某研究小组利用如图甲所示装置探究物块在方向始终平行于斜面、大小为F=8N的力作用下加速度与斜面倾角的关系。木板OA可绕轴O在竖直平面内转动,已知物块的质量m=1kg,通过DIS实验,得到如图乙所示的加速度与斜面倾角的关系图线。假定物块与木板间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10m/s2。试问:

(1)图乙中图线与θ轴交点坐标分别为θ1和θ2,木板处于该两个角度时物块所受摩擦力指向何方?

(2)如果木板长L=3m,倾角为30°,若物块与木板间的动摩擦因数为,物块在F的作用下由O点开始运动,为保证物块不冲出木板顶端,力F最多作用多长时间?

正确答案

解:(1)当木板倾角为θ1时,摩擦力沿斜面向下

当木板倾角为θ2时,摩擦力沿斜面向上

(2)对物块,力F作用时的加速度m/s2对物块,撤去力F后的加速度大小m/s2设物块不冲出木板顶端,力F最长作用时间为t

则撤去力F时的速度v=a1t,位移

撤去力F后运动的距离

由题意有

联立可得:

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简答题

为了安全,在公路上行驶的汽车之间应保持必要的车距。已知某地高速公路的最高限速v=110 km/h,假设前方车辆突然停止,后车司机从发现这一情况,经操纵刹车到汽车开始减速的时间t=0.50 s,刹车时汽车受到的阻力大小为车重的0.40倍,则该高速公路上汽车之间的安全车距至少为多少?(g取10 m/s2

正确答案

解:高速公路的最高限速为v=110 km/h≈ 30.56m/s

由牛顿第二定律得,汽车刹车时的加速度为=kg=0.40×10 m/s2=4.0 m/s2如果汽车以最高限速行驶,在司机的反应时间内,汽车做匀速直线运动,则运动的距离为x1=vt=30.56×0.50 m=15.28 m

汽车从最高限速开始刹车到停止所通过的距离为=m≈116.74 m

所以该高速公路上汽车间的距离至少为x=x1+x2=15.28 m+116.74 m=132.02 m

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简答题

如图所示,质量m=1kg的小球穿在长L=2m的斜杆上,斜杆与水平方向成α=37°角,斜杆固定不动,小球与斜杆间的动摩擦因数μ=0.75。小球受水平向左的拉力F=10N,从斜杆的顶端由静止开始下滑,求:

(1)经过t=0.5s,小球运动的速度大小;

(2)0.5s后撤去F,则小球还要经过多长时间才到达斜面底端?(g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)

正确答案

解:(1)Fcosα+mgsinα-μN=ma

Fsinα+N=mgcosα

υ=at=6.25m/s

(2)mgsinα-μN'=ma'

N'=mgcosα

a'=0

s=at2

t=

t=0.07s

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