• 用牛顿运动定律解决问题(一)
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简答题

如图甲所示,水平天花板下悬挂一光滑的轻质的定滑轮,跨过定滑轮的质量不计的绳(绳承受拉力足够大)两端分别连接物块A和B,A的质量为m0,B的质量m是可以变化的,当B的质量改变时,可以得到A加速度变化图线如图乙所示,不计空气阻力和所有的摩擦,A加速度向上为正。

(1)求图乙中a1、a2和m1的大小。

(2)根据牛顿定律和运动学规律,证明在A和B未着地或与滑轮接触时,AB系统机械能守恒。

(3)若m0=0.8kg,m=1.2kg,AB开始都在离水平地面H=0.5m处,由静止释放AB,且B着地后不反弹,求A上升离水平地面的最大高度。(g取10m/s2

正确答案

解:(1)mg-F=ma

F-m0g=m0a 得a=g

当m→∞时,a1=g

当m=0时,a2=-g

当a=0时,m=m1=m0(2)设A开始离水平面h1,B开始离水平面h2

由静止释放A上升到高度h1′,B下降到高度h2′,

则h1′-h1=h2-h2′=h

代入(1)问中加速度a,AB发生h位移时速度为v,v2=2ah

A、B系统机械能守恒。

(3)从H=0.5m高处释放,AB加速度 B着地时A速度

接着A做竖直上抛,上升h,

A距离水平面最大高度hm=2H+h=1.1m。

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简答题

如图所示为某探究活动小组设计的节能运输系统。斜面轨道倾角为30°,质量为M的木箱与轨道的动摩擦因数为。木箱在轨道顶端时,自动装货装置将质量为m的货物装入木箱,然后木箱载着货物(木箱和货物都可看作质点)沿轨道无初速度滑下,当轻弹簧被压缩至最短时,自动卸货装置立刻将货物卸下,然后木箱恰好被弹回到轨道顶端,再重复上述过程。(重力加速度为g)

(1)求木箱下滑与上滑过程的加速度大小之比(只讨论木箱没有与弹簧接触的阶段)。

(2)证明货物质量m与木箱质量M之比为2:1。

正确答案

解:(1)下滑过程(M+m)gsin300-μ(M+m)gcos300=(M+m)a1

上滑过程Mgsin300+μMgcos300=Ma2

代入数据解得a1:a2=1:3

(2)证明:设下滑的总高度为h,全过程用动能定理

代入数据解得m:M=2:1。

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简答题

如图所示,一个质量m=10kg的物块,在F=50N的拉力作用下,从静止开始沿水平面做匀加速直线运动,拉力方向与水平方向成θ=37°。假设水平面光滑,取重力加速度g=10m/s2。sin37°=0.6,cos37°=0.8。

(1)画出物块的受力示意图;

(2)求物块运动的加速度大小;

(3)求物块速度达到v=4.0m/s时移动的距离。

正确答案

解:(1)

(2)建立如图所示的直角坐标系,根据牛顿第二定律

x方向:F·cosθ=ma

代入数据得加速度a=4m/s2

(3)根据匀变速直线运动规律v2=2ax

代入数据得x=2m

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简答题

一质量为m=40kg的小孩在电梯内的体重计上,电梯从t=0时刻由静止开始上升,在0到6s内体重计示数F的变化如图所示。试问:在这段时间内电梯上升的高度是多少?取重力加速度g=10m/s2

正确答案

解:由图可知,在t=0到t1=2s的时间内,体重计的示数大于mg,故电梯应做向上的加速运动。

设在这段时间内体重计作用于小孩的力为f1,电梯及小孩的加速度为a1

根据牛顿第二定律,得:f1-mg=ma1

在这段时间内电梯上升的高度h1

在t1到t=t2=5s的时间内,体重计的示数等于mg,

故电梯应做匀速上升运动,速度为t1时刻的电梯的速度,即v1=a1t1

在这段时间内电梯上升的高度h1=v1t2

在t2到t=t3=6s的时间内,体重计的示数小于mg,故电梯应做减速上升运动。

设这段时间内体重计作用于小孩的力为f2,电梯及小孩的加速度为a2

由牛顿第二定律,得:mg-f2=ma2

在这段时间内电梯上升的高度h3

电梯上升的总高度h=h1+h2+h3

由以上各式,利用牛顿第三定律和题文及题图中的数据,解得h=9m。

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如图所示,静止在水平地面上的玩具小鸭质量m=0.5kg,受到与水平面夹角为53°的恒定拉力后,玩具开始沿水平地面运动。若拉力F=4.0N,经过时间t=2.0s,玩具移动距离为x=4.8m;撤去拉力F后,玩具又向前滑行一段距离。求:(sin53°=0.8,cos53°=0.6)

(1)运动过程中,玩具的最大速度;

(2)撤去拉力后,玩具继续前进的距离。

正确答案

解:(1)x=

               a1=2.4m/s2

               vm=a1t=4.8m/s 

               F·cos53°-μN=ma1 

                F·sin53°+N=mg

               得μ=0.67 

       (2)松手后玩具加速度a2=μg=6.7m/s2

               滑行距离x2==1.7m。

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简答题

一质量为5kg的物体静止从光滑斜面顶端自由滑下,斜面的长度无限,倾角为30°,则经5s后,物体的速度为多大,此时的位移为多大?

正确答案

vt=25m/s,S=62.5m

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简答题

如图所示,有倾角为30°的光滑斜面上放一质量为2kg的小球,球被竖直挡板挡住,若斜面足够长,g取10m/s2,求:

(1)球对挡板的压力大小;

(2)撤去挡板,2s末小球的速度大小。

正确答案

(1)

(2)10m/s

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简答题

水平地面上质量为1Kg的物体受到斜向右上方与水平方向成37°角的拉力F=15N作用在水平面上运动,物体与水平面间的动摩擦因数为0.5,求物体的加速度大小。

正确答案

解:F1=Fcos37°=12N

F2=Fsin37°=9N

N=mg-F2=1N

f=μN=0.5N

F=F1-f=11.5N

a=F/m=11.5m/s2

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简答题

如图所示,物体A通过定滑轮与动滑轮相连,物体B和物体C挂在动滑轮上,使系统保持静止状态,现在同时释放三个物体,发现物体A保持静止不动,已知物体A 的质量mA=6kg,物体B的质量mB=6kg,物体C的质量为多大?(重力加速度g取10m/s2

正确答案

解:因为释放后物体A静止不动,根据平衡条件可知跨过定滑轮的绳上的拉力为F1=60N

因为动滑轮保持静止,由平衡条件可得,跨过动滑轮的绳上的拉力为F2=30N

以物体B为研究对象,设其加速度大小为a,由牛顿第二定律得,mBg-F2=mBa①

以物体C为研究对象,其加速度大小仍为a,由牛顿第二定律得,F2-mCg=mCa②

解①②两式可得mC=2kg。

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简答题

一块足够长的木板放置在光滑的水平面上,木板质量M=2kg,木板上左端有一质量m=1kg的物块(物块可看成质点),物块与木板开始时都处于静止状态,物块与木板间的动摩擦因数。水平向右的恒力F=2N持续作用在物块上,使物块相对木板移动L=1m,取g=10m/s2。求:

(1)此时物块的速度大小是多少?

(2)木板的位移大小是多少?

正确答案

解:(1)对物块,=1m/s2 

经时间t 位移

对木板,=0.5m/s2 

经时间t 位移 

据题意,

解得,t=2s

所以2m/s

(2)=1m。

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