- 用牛顿运动定律解决问题(一)
- 共673题
如图所示是一个利用压力差来测量加速度的实验装置,在一个具有坚硬外壳的长方形盒内的上、下底板上各装配一个压力传感器A、B,其间用一轻弹簧将一个物块顶在传感器A上,弹簧的下端抵在传感器B上,整个装置处于静止状态时,A、B传感器示数分别为30 N、50 N。从t=0时刻起实验装置沿竖直方向开始运动,将两个传感器送出的压力数据记录下来,如下表(g=10 m/s2)。根据表格中的数据通过必要的计算回答下列问题:
(1)这个装置在竖直方向做的运动是匀加速运动吗?
(2)求被卡在弹簧和传感器A间的物块的质量m;
(3)求1.4s末实验装置运动的瞬时加速度a。
正确答案
解:(1)不是匀加速运动
(2)静止时有:FA+mg=FB
代入数据得:m=2 kg
(3)1.4 s时刻,FB-FA-mg=ma
代入数据得:a=12m/s2,方向向上
一小球从4.5 m高处由静止开始下落,设下落过程中受到的空气阻力大小恒为重力的0.1倍(取g=10 m/s2),求小球:
(1)下落的时间t;
(2)落地前瞬间的速度大小v。
正确答案
解:(1)由F=ma得
又
所以
(2)v=at=9 m/s
人们受飞鸟在空中飞翔的启发发明了飞机,飞鸟扇动翅膀获得向上的举力表示为F=kSv2,式中S为翅膀的面积,v为飞鸟的飞行速度,k为比例常量,一个质量为0.1kg,翅膀面积为S的燕子,其最小的飞行速度为10m/s,假设飞机飞行时获得向上的举力与飞鸟飞行时获得的举力有同样的规律,一架质量为3600kg的飞机,机翼的面积为燕子翅膀面积的1000倍,那么此飞机起飞离地时的最小速度为多大?
正确答案
解:对于飞鸟来说,由平衡条件可知:飞鸟获得向上举力应等于自身的重力,即F=kSv2=mg①
同理,对于飞机来说,设起飞时的最小速度为v′,则:F′=kS′v′2=Mg②
联立①②得:=
代入数据可求得v′=60m/s
杂技演员在进行“顶杆”表演时,用的是一根质量不计的长直竹杆,设竹杆始终保持竖直。质量为30 kg的演员(可视为质点)自杆顶由静止开始下滑,滑到杆底端时速度正好是零。已知竹杆底部与下面顶杆人肩部有一传感器,传感器显示顶杆人肩部所受压力的情况如图所示,取10 m/s2,求:
(1)杆上的人在下滑过程中的最大速度;
(2)竹杆的长度。
正确答案
解:(1)0~1 s:以杆上的人为研究对象,根据题图所示,演员处于失重状态,其受到竖直向上的摩擦力1的大小为180 N,则
1==4 m/s2,方向竖直向下
1 s末速度最大:m=11=4 m/s
(2)1 s~3 s:演员处于超重状态。此时杆上的人受竖直向上的摩擦力2的大小为360 N
2==-2 m/s2,加速度方向竖直向上
3 s内人的位移(即竹杆的长度)应为:==6 m
质量为2 kg的质点同时受到相互垂直的两个力F1、F2的作用,如图所示,其中F1=3 N,F2=4 N,求质点加速度的大小和方向。
正确答案
解:先根据平行四边形定则求出F1、F2的合力F,然后再根据牛顿第二定律求出加速度
由平行四边形定则得合力,F与F2成α角
则,α=37°
由牛顿第二定律得
加速度斜向上与F2成37°角,与合力F的方向相同
如图所示,为皮带传输装置示意图的一部分,传送带与水平地面的倾角θ=370,A、B两端相距5.0m,质量为M=10kg的物体以v0=6.0m/s的速度沿AB 方向从A端滑上传送带,物体与传送带间的动摩擦因数处处相同,均为0.5。传送带顺时针运转的速度v= 4.0m/s,(g取10m/s2,sin370=0. 6,cos370=0.8)求:
(1)物体从A点到达B点所需的时间;
(2)若传送带顺时针运转的速度可以调节,物体从A点到达B点的最短时间是多少?
正确答案
解:(1)设在AB上运动的加速度大小为a,由牛顿第二定律得mgsinθ十μmgcosθ=ma1①
设经t1速度与传送带速度相同②
通过的位移③
速度小于v1至减为零前的加速度为mgsinθ-μmgcosθ=ma2④
⑤
物体继续减速,设经t2速度到达传送带B点,t=t1+t2=2.2s⑥
(2)若AB部分传送带的速度较大,沿AB上滑时所受摩擦力一直沿皮带向上,则所用时间最短,
此种情况加速度一直为a2,⑦
t=ls⑨。
如图所示,将质量为0.5 kg的小球以14 m/s的初速度竖直上抛,运动中小球受到的空气阻力大小恒为2.1N,则小球能上升的最大高度是多少?
正确答案
解:对小球进行受力分析,受竖直向下的重力和竖直向下的空气阻力
根据牛顿第二定律得mg十Ff=ma,
上升至最高点时末速度为0,由运动学公式v02-0=2ax
得最大高度
在平直的高速公路上,一辆汽车正以28m/s的速度匀速行驶,因前方出现紧急情况,司机立即刹车,直到汽车停下。已知汽车的质量为3.0×103kg,刹车时汽车所受的阻力大小为2.4×104N,求:
(1)刹车时汽车的加速度大小;
(2)从开始刹车到最终停下,汽车运动的时间;
(3)从开始刹车到最终停下,汽车前进的距离。
正确答案
(1)a=8m/s2
(2)t=3.5s
(3)S=49m
将质量为2kg的物体放在水平地面上,物体与地面的动摩擦因数为0.2,用12N的水平拉力使物体由静止开始运动,在2s末撤去拉力,求:
(1)撤去拉力前,物体的加速度;
(2)撤去拉力时,物体的瞬时速度;
(3)撤去拉力后,物体还能滑行的距离。
正确答案
(1)a=4m/s2
(2)v=8m/s
(3)x=16m
已知雨点下落过程受到的空气阻力与雨点的最大横截面积成正比,与雨点下落的速度v的平方成正比,即f=kSv2(其中k为比例系数)。雨点接近地面时近似看作匀速直线运动,重力加速度为g。若把雨点看作球形,其半径为r,球体的体积为,雨点的密度为ρ,求:
(1)雨点最终的运动速度vm;(用ρ、r、g、k表示)
(2)雨点的速度达到时,雨点的加速度a的大小。
正确答案
解:(1)由于雨点接近地面时看做匀速运动,所以有:f=mg
由题意知:f=kSv2,S=πr2,m=ρπr3
联立解得:vm=2
(2)当雨点的速度达到时,空气的阻力f′=kS(
)2=
f
由牛顿第二定律得:mg-f′=ma
解得:a=g
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