• 用牛顿运动定律解决问题(一)
  • 共673题
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简答题

如图甲所示为学校操场上一质量不计的竖直滑竿,滑竿上端固定,下端悬空。为了研究学生沿竿的下滑情况,在竿顶部装有一拉力传感器,可显示竿顶端所受拉力的大小。现有一质量为50kg的学生(可视为质点)从上端由静止开始滑下,5s末滑到竿底时速度恰好为零。以学生开始下滑时刻为计时起点,传感器显示的拉力随时间变化情况如图乙所示,g取10m/s2。求:

(1)该学生下滑过程中的最大速度;

(2)滑竿的长度。

正确答案

解:(1)根据图象可知0~1s内,人向下作匀加速运动,人对滑竿的作用力为380N,方向竖直向下,所以滑竿对人的作用力F1的大小为380N,方向竖直向上

以人为研究对象,根据牛顿第二定律有:mg-F1=ma1代入数据,得a1=2.4m/s21s末人的速度为最大速度:Vm=a1t1代入数据,得vm=2.4m/s

(2)根据图象可知1 s末到5s末,人作匀减速运动,5s末速度为零

加速运动的位移  

减速运动的位移    

滑竿的总长度L=S1+S2=1.2+4.8=6.0m      

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简答题

如图所示,长为L、内壁光滑的直管与水平地面成30°角固定位置.将一质量为m的小球固定在管底,用一轻质光滑细线将小球与质量为M=3m的小物块相连,小物块悬挂于管口.现将小球释放,一段时间后,小物块落地静止不动,小球继续向上运动,通过管口的转向装置后做平抛运动,小球在转向过程中速率不变(重力加速度为g)。求:

(1)小物块下落过程中的加速度大小;

(2)小球从管口抛出时的速度大小;

(3)小球在做平抛过程中的水平位移。

正确答案

解:(1)设细线中的张力为T,根据牛顿第二定律:

Mg-T=Ma  ①

T-mgsin30°=ma  ②

且M=3m

解得a=g  ③          

(2)设M落地时的速度大小为v,m射出管口时速度大小为v0,M落地后m的加速度为a0。根据牛顿第二定律有:-mgsin30°=ma0 ④

又由匀变速直线运动

v2=2aLsin30°  ⑤  

v20-v2=2a0L(1-sin30°) ⑥

解得v0 ⑦         

(3)平抛运动x=v0t ⑧  

Lsin30°=gt2 ⑨

解得水平位移x=L  ⑩ 

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简答题

“引体向上”是一项体育健身运动,该运动的规范动作是:两手正握单杠,由身体悬垂开始。上提时,下颚超过杠面;下放时,两背方直,不能曲臂。这样上拉下放,从复动作,达列锻炼背力和腹肌的目的,如图所示,某同学质量为m= 60kg,下放时下颚距单杠的高度为H=0.4m,当他用F=720N的恒力将身体拉至某位置时,不再用力,以后依靠惯性继续向上运动。为保证此次引体向上动作合格,恒力F的作用时间至少为多少?(不计空气阻力,g取10m/s2

正确答案

解:设施加恒力F时,人的加速度为a,由牛顿第二定律:  

设加速时间为t,人加速上升的高度:

人加速上升的的未速度:

人以速度v竖直上升的高度:  

又:

由以上各式联立,解得:(0.58s)  

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简答题

2011年3月11日,日本大地震以及随后的海啸给日本带来了巨大的损失。灾后某中学的部分学生组成了一个课题小组,对海啸的威力进行了模拟研究,他们设计了如下的模型:如图甲在水平地面上放置一个质量为m=4kg的物体,让其在随位移均匀减小的水平推力作用下运动,推力F随位移x变化的图像如图乙所示,已知物体与地面之间的动摩擦因数为

(1)运动过程中物体的最大加速度为多少?

(2)在距出发点什么位置时物体的速度达到最大?

(3)物体在水平面上运动的最大位移是多少?

正确答案

解:(1)牛顿运动定理F-μmg=ma

当推力F=100N时,物体所受合力最大,加速度最大

代入解得a=F/m-μg=20m/s2(2)由图像可得推力F随位移x变化的数值关系为:F=100-25x

速度最大时,物体加速度为零

则F=μmg

代入解得x=3.2m

(3)由图像得推力对物体做功WF=1/2F·x0=200J

动能定理WF-μmgxm=0

代入数据得xm=10m

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简答题

质量为的汽车,沿倾角为的斜坡由静止开始运动,汽车在运动过程中所受摩擦阻力大小恒为,汽车发动机的额定输出功率为,开始时以的加速度做匀加速运动()。求:

(1)汽车做匀加速运动的时间;

(2)汽车所能达到的最大速率;

(3)若斜坡长,且认为汽车达到坡顶之前,已达到最大速率,则汽车从坡底到坡顶需多少时间?

正确答案

解:(1)根据牛顿第二定律有:

设匀加速的末速度为,则有:

 代入数值,联立解得:匀加速的时间为:

(2)当达到最大速度vm时,有:

解得:汽车的最大速度为:

(3)汽车匀加速运动的位移为:

在后一阶段牵引力对汽车做正功,重力和阻力做负功,根据动能定理有:

又有

代入数值,联立求解得:

所以汽车总的运动时间为:

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简答题

如图所示,一条轨道固定在竖直平面内,粗糙的ab段水平,bcde段光滑,cde 段是以O为圆心、R为半径的一小段圆弧,可视为质点的物块A和B紧靠在一起,静止于b处,A的质量是B的3倍。两物块在足够大的内力作用下突然分离,分别向左、右始终沿轨道运动。B到d点时速度沿水平方向,此时轨道对B的支持力大小等于B所受重力的3/4。A与ab段的动摩擦因数为μ,重力加速度为g,求:

(1)物块B在d点的速度大小v;

(2)物块A滑行的距离s。

正确答案

解:(1)设物块A和B的质量分别为mA和mB B在d处的合力为F,依题意

由牛顿第二定律得

(2)设A和B分开时的速度分别为v1和v2,系统动量守恒mAv1-mBv2=0 ④

B从位置b运动到d的过程中,机械能守恒

A在滑行过程中,由动能定理

联立③④⑤⑥得

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简答题

如图所示,在水平雪地上,质量为M=35kg的小红,坐在质量为m=5kg的雪橇上,小江用与水平方向成37°斜向上的拉力拉雪橇,拉力大小为F=100N,雪橇与地面间的动摩擦因数为μ=0.2。(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)求:

(1)雪橇对地面的压力大小;

(2)雪橇运动的加速度大小;

(3)从静止开始前进15m所需要的时间。

正确答案

(1)N=340N

(2)a=0.3m/s2

(3)t=10s

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简答题

如图为某工厂生产流水线上水平传输装置的俯视图,它由传送带和转盘组成。物品从处无初速放到传送带上,运动到处后进入匀速转动的转盘,设物品进入转盘时速度大小不发生变化,此后随转盘一起运动(无相对滑动)到处被取走装箱。已知A、B两处的距离,传送带的传输速度,物品在转盘上与轴的距离,物品与传送带间的动摩擦因数。取

(1)求物品从A处运动到B处的时间t?

(2)若物品在转盘上的最大静摩擦力可视为与滑动摩擦力大小相等,则物品与转盘间的动摩擦因数至少为多大?

正确答案

解:(1)设物品质量为,物品先在传送带上做初速度为零的匀加速直线运动,其位移大小为

=    

之后,物品和传送带一起以速度做匀速运动

匀加速运动的时间 

匀速运动的时间 

所以

(2)物品在转盘上所受的静摩擦力提供向心力,当物品在转盘上恰好无相对滑动时,

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简答题

一同学家住在23层高楼的顶楼。他想研究一下电梯上升的运动过程,某天他乘电梯上楼时携带了一个质量为5 kg的重物和一个量程足够大的台秤,他将重物放在台秤上。电梯从第1层开始启动,一直运动到第23层停止。在这个过程中,他记录了台秤在不同时段内的读数如表所示。根据表格中的数据,求:

(1)电梯在最初加速阶段和最后减速阶段的加速度大小;

(2)电梯在中间阶段上升的速度大小;

(3)该楼房平均每层楼的高度。

正确答案

解:(1)电梯在最初加速阶段0~3.0 s内加速度为a1,重物受到的支持力为FN1,根据牛顿第二定律得

最后减速阶段13.0~19.0 s内,重物加速度大小为a2,重物受到的支持力为FN2,根据牛顿第二定律得

(2)在三秒末重物的速度v1=a1t1=4.8 m/s

(3)设在全程内电梯的位移为H,电梯加速、匀速、减速运动所用的时间为t1,t2,t3

代入数据得H=69.6 m

则平均每层楼高为

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简答题

如图所示,水平地面上的平板车在外力控制下始终做匀速直线运动,速度大小v0=4m/s,方向水平向右。某时刻将一质量为m=1kg的小滑块(可视为质点)轻放到车面上的P点,P点与平板车左端相距L=3m,车面距地面的高度h=0.8m,滑块与车面间的动摩擦因数μ=0.2,取g=10 m/s2,求:

(1)小滑块轻放到P点时的加速度a1

(2)滑块运动至车的最左端时的速度多大?

(3)滑块刚落至地面时滑块与车左端的水平距离多大?

正确答案

解:(1)m/s2               方向水平向右。

(2)假设滑块一直匀加速至车的左端,运动时间为t1

则:

所以,解得:(舍去)

当t1=1s时,滑块的速度为:m/s<v0

所以,滑块运动到车的最左端的速度为2m/s。

(3)滑块离开车后做平抛运动,下落时间为t,则,t=0.4s

滑块落地时与车的左端的水平距离为:

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