- 用牛顿运动定律解决问题(一)
- 共673题
如图所示,质量为m的小球通过轻绳悬挂在一倾角为θ的光滑斜面上,轻绳与斜面平行,开始时系统处于静止状态。
(1)求系统静止时,绳对小球的拉力大小和斜面对球的支持力大小。
(2)当系统以多大的加速度向左运动,斜面对小球支持力恰好为零?
正确答案
解析:(1)对小球受力分析可知:T=mgsinθ
N=mgcosθ。
(2)Tcosθ=ma①
Tsinθ=mg②
解得a=gcotθ。
如图所示,手拉着小车静止在倾角为37°的光滑斜面上。已知小车的质量为3kg,则斜面对小车的支持力为___________N;如果绳子突然断开,小车获得的加速度大小是___________m/s2。(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
正确答案
24,6
如图所示,质量m=6kg的物块静止在水平桌面上,受到与水平方向成θ=37°角的作用力F。(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)
(1)若当力F=15N时,物块仍处于静止状态,求此时物体受到的摩擦力大小?
(2)若当力F=20N时,物块恰好沿水平面向右做匀速直线运动,求物块与水平桌面的动摩擦因数μ?(保留两位有效数字)
(3)若保持以上动摩擦因数不变的情况下,当力F=40N作用在静止的物块上,求作用时间t=3s内物体的位移大小?
正确答案
解:(1)物体处于静止状态,则物体受力平衡,有:
(2)物体受力情况如图所示,根据受力平衡,有:
①
②
代入数据,解得:
(3)根据题意有: ③
④
代入数据,解①②③④式得,物体的位移大小:
如图所示,方形木箱质量为M,其内用两轻绳将一质量m=0.1kg的小球悬挂于P、Q两点,两细绳与水平的车顶面的夹角为60°和30°。水平传送带AB长l=30m,以v=15m/s的速度顺时针转动,木箱与传送带间动摩擦因数μ=0.75,(g=10 m/s2)求:
(1)设木箱为质点,且木箱由静止放到传送带上,那么经过多长时间木箱能够从A运动到传送带的另一端B处;
(2)木箱放到传送带A点后,在木箱加速的过程中,绳P和绳Q的张力大小分别为多少?
正确答案
解:(1)对木箱:μMg=Ma,a=7.5m/s2
木箱加速位移:, x1=15m
木箱加速时间:,
x1=15m
一水平的浅色长传送带上放置一煤块(可视为质点),煤块与传送之间的动摩擦因数为μ。初始时,传送带与煤块都是静止的,现让传送带以恒定的加速度a0开始运动,当其速度到达v0后,便以此速度做匀速运动。经过一段时间,煤块在传送带上留下了一段黑色痕迹后,相对于传送带不再滑动,求:黑色痕迹的长度。(g已知)
正确答案
解:根据“传送带上有黑色痕迹”可知,煤块与传送带之间发生了相对滑动,煤块的加速度a小于传送带的加速度a0。根据牛顿定律,可得:a=μg。
设经历时间t,传送带由静止开始加速到速度等于v0,煤块则由静止加速到v,
有v0=a0t, v=at
再经过时间t',煤块的速度由v增加到v0,有 v=v+at'
此后,煤块与传送带运动速度相同,相对于传送带不再滑动,不再产生新的痕迹。
设在煤块的速度从0增加到v0的整个过程中,传送带和煤块移动的距离分别为s0和s,
有
传送带上留下的黑色痕迹的长度l=s0-s
由以上各式得。
如图,长L=1.4m ,高h=1.25m,质量M=30kg的小车在水平路面上行驶,车与路面的动摩擦因数μ1=0.01,当速度v0=1.2m/s时,把一质量为m=20kg的铁块轻轻地放在车的前端(铁块视为质点),铁块与车上板间动摩擦因数μ2=0.02,问:(g=10m/s2)
(1) 铁块与小车分离时铁块和小车的速度分别为多少?
(2) 铁块着地时距车的尾端多远?
正确答案
解:(1)对铁块开始做匀加速运动:
对小车做匀减速运动:
当铁块滑落时,
解得t=2s
滑落时,
(2)滑落后,铁块做平抛运动,小车向前做减速运动
=0.0875(m)
如图所示,在水平地面上固定一个倾角θ=37°、表面光滑的斜面体,物体A以v1=6m/s的初速度沿斜面上滑,同时在物体A的正上方,有一物体B以某一初速度水平抛出。如果当A上滑到最高点时恰好被B物体击中。若A、B均可看作质点,sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2,试求:
(1)物体A上滑到最高点所用的时间t;
(2)物体B抛出时的初速度v2;
(3)物体A、B间初始位置的高度差h。
正确答案
解:(1)t=1s
(2)2.4m/s
(3)6.8m
如图所示,滑块质量为m,与水平地面间的动摩擦因数为0.1,它以的初速度由A点开始向B点滑行,AB=5R,并滑上光滑的半径为R的四分之一圆弧BC,在C点正上方有一旋转平台,沿平台直径方向开有两个离轴心距离相等的小孔P、Q,旋转时两孔均能达到C点的正上方。 求:
(1)滑块运动到B点做圆周运动时,对轨道的压力为多大?
(2)若滑块滑过C点后通过P孔,又恰能从Q孔落下,滑块通过P孔时的速度为,则平台转动的角速度ω应满足什么条件?
正确答案
解:(1)设滑块至B点时速度为vB,对滑块由A点到B点由运动学公式①
运动到B点做圆周运动,由牛顿第二定律有:②
由牛顿第三定律得,物体对轨道的压力:③
联立①②③三式解得
(2)滑块穿过P孔后做竖直上抛运动再回到平台的时间:④
转盘转动的时间:(n=0、1、2、3……)⑤
当物体从Q孔落下时有:⑥
联立④⑤⑥三式解得(n=0、1、2、3……)
足够长的粗糙绝缘板A上放一个质量为m、电荷量为+q的小滑块B。用手托住A置于方向水平向左、场强大小为E的匀强电场中,此时A、B均能静止,如图所示。现将绝缘板A从图中位置P垂直电场线移至位置Q,发现小滑块B相对A发生了运动。为研究方便可以将绝缘板A的运动简化成先匀加速接着匀减速到静止的过程。测量发现竖直方向加速的时间为0.8 s,减速的时间为0.2 s,P、Q位置高度差为0.5 m。已知匀强电场的场强E=,A、B之间动摩擦因数μ=0.4,g取10 m/s2。求:
(1)绝缘板A加速和减速的加速度分别为多大?
(2)滑块B最后停在离出发点水平距离多大处?
正确答案
解:(1)设绝缘板A匀加速和匀减速的加速度大小分别为a1和a2,匀加速和匀减速的时间分别为t1和t2,P、Q高度差为h,则有
a1t1=a2t2,h=a1t12+
a2t22
求得a1=1.25 m/s2,a2=5 m/s2(2)研究滑板B,在绝缘板A匀减速的过程中,由牛顿第二定律可得
竖直方向上:mg-N=ma2
水平方向上:Eq-μN=ma3
求得:a3=0.1g=1 m/s2在这个过程中滑板B的水平位移大小为x3=a3t22=0.02 m
在绝缘板A静止后,滑板B将沿水平方向做匀减速运动,设加速度大小为a4,有
μmg-Eq=ma4,得a4=0.1g=1 m/s2
该过程中滑板B的水平位移大小为x4=x3=0.02 m
最后滑板B静止时离出发点的水平距离x=x4+x3=0.04 m
如图是利用传送带装运煤块的示意图,传送带足够长,煤块与传送带间的动摩擦因数μ=0.4,传送带与运煤车的车厢底板间的竖直高度H=1.8m,与车箱底板中心的水平距离x=1.2m。从传送带左端由静止释放的煤块(可视为质点)沿传送带先做匀加速直线运动,后随传送带一起做匀速运动,最后从右端水平抛出并落在车箱底板中心,取g=10m/s2,求:
(1)传送带匀速运动速度υ的大小;
(2)煤块沿传送带做匀加速运动的时间t。
正确答案
解:(1)煤块做平抛运动的初速度即为传送带匀速运动的速度υ
由平抛运动的公式得x=υt
解得υ=x=2m/s。
(2)煤块在传送带上匀加速运动时受重力mg、支持力N、滑动摩擦力f作用。
由牛顿第二定律得F合=f =ma
N-mg =0
又f=μN
解得
煤块沿传送带做初速为零的匀加速直线运动,由运动学公式得。
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