• 用牛顿运动定律解决问题(一)
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简答题

在一次抗洪救灾工作中,一架直升机用长=50m的悬索(重力可忽略不计)系住一质量=50kg的被困人员,直升机和被困人员0=10m/s的速度一起沿水平方向匀速运动,如图甲所示。某时刻开始收悬索将人吊起,在5s时间内,之间的竖直距离以=50-2(单位:m)的规律变化,取=10m/s2。求:

(1)求这段时间内悬索对被困人员的拉力大小。

(2)求在5s末被困人员的速度大小及位移大小。

(3)直升机在=5s时停止收悬索,但发现仍然未脱离洪水围困区,为将被困人员尽快运送到安全处,飞机在空中旋转后静止在空中寻找最近的安全目标,致使被困人员在空中做圆周运动,如图乙所示.此时悬索与竖直方向成37°角,不计空气阻力,求被困人员做圆周运动的线速度以及悬索对被困人员的拉力。(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)

正确答案

解:(1 )被困人员在水平方向上做匀速直线运动

在竖直方向上被困人员的位移=50-(50-2)=2

由此可知,被困人员在竖直方向上做初速度为零、加速度=2m/s2的匀加速直线运动

由牛顿第二定律可得

解得悬索的拉力)=600N

(2 )被困人员5s末在竖直方向上的速度为=10m/s

合速度m/s

竖直方向上的位移=25m

水平方向的位移0=50m

合位移m

(3)=5s时悬索的长度′=50-=25m

旋转半径′sin 37°

解得此时被困人员的受力情况如下图所示

由图可知cos 37 °=,解得N。

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简答题

如图所示,长12m,质量为50kg的木板左端有一立柱,木板置于水平地面上,木板与地面间的动摩擦因数为0.1,质量为50kg的人立于木板左端.木板与人均静止.人以4m/s2匀加速向右奔跑至板的右端并立即抱住木柱,试求:

(1)人从开始奔跑至到达木板右端所经历的时间;

(2)木板的总位移.

正确答案

解:(1)在人相对木板奔跑时,设人的质量为,加速度为1,木板的质量为,加速度为2,并设人与板间的相互作用力大小为,则

对人有1=50×4=200N

对板有-μ(+2解得2=2m/s2

解得=2s

(2)当人奔跑至木板的右端时,人的速度11=8m/s,板的速度22=4m/s,板的位移

人抱住木柱的过程可认为系统的动量守恒,故有12=(解得=2m/s,方向与人原来的运动方向一致

在随后的滑行过程中,对人与木板构成的整体,根据动能定理得:

2解得'=2m

木板的总位移为'=2m

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简答题

质量为1kg的物体静止在地面上,某时刻开始受一竖直向上大小为14N的拉力,经10s后撤去拉力,不计空气阻力,最终落回地面。(取g=10 m/s2)求:

(1)物体可以上升到距地面多高处?

(2)物体在空中一共运动了多少时间?

正确答案

(1)280m

(2)14+2 s

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简答题

质量m=2.0kg的物体静止在水平面上,物体跟水平面间的动摩擦因数μ=0.2,从t=0时刻起,物体受到一个水平力F的作用而开始运动,前8s内F随时间t变化规律如图所示,g=10m/s2

(1)在图中坐标系中画出物体前8s内的v-t图像(详写过程);

(2)求t=6s时摩擦力的瞬时功率;

(3)求前8s内摩擦力的平均功率;

(4)求前8s内水平力F所做的功。

正确答案

(1)如图所示

(2)12W

(3)19.375W

(4)155J

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简答题

商场工作人员拉着质量m=20kg的木箱沿水平地面运动。若用F1=100N的水平力拉木箱,木箱恰好做匀速直线运动;现改用F2=150N、与水平方向成53°斜向上的拉力作用于静止的木箱上,如图所示。已知sin53°=0.80,cos53°=0.60,取重力加速度g=10m/s2。求:

(1)木箱与地面之间的动摩擦因数;

(2)F2作用在木箱上时,木箱运动的加速度大小;

(3)F2作用在木箱上4.0s时间内木箱移动的距离。

正确答案

解:(1)由于木箱在水平拉力下匀速运动,根据牛顿第二定律

F1-μmg=0

解得μ==0.5

(2)受力分析图(“略”)

将F2沿着水平与竖直方向分解,F2沿水平和竖直方向的分量分别为

F2x = F2cos53°,F2y = F2sin53°

木箱受到水平地面的支持力FN=mg-F2y

根据牛顿第二定律F2x-μFN=ma

解得木箱运动的加速度大小a=2.5 m/s2

(3)根据运动学公式,木箱的位移=20m

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简答题

如图甲所示,质量m=2.0kg的物体静止在水平面上,物体跟水平面间的动摩擦因数μ=0.20。从t=0时刻起,物体受到一个水平力F的作用而开始运动,前8s内F随时间t变化的规律如图乙所示。g取10m/s2。求:

(1)在图丙的坐标系中画出物体在前8s内的v-t图象;

(2)前8s内物体所受摩擦力的冲量;

(3)前8s内水平力F所做的功。

正确答案

(1)“略”

(2)32N·S

(3)155J

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简答题

如图所示,在倾角θ=37°的固定斜面上放置一质量=1 kg、长度=3 m的薄平板平板的上表面光滑,其下端与斜面底端的距离为7 m。在平板的上端处放一质量=0.6 kg的滑块,开始时使平板和滑块都静止,之后将它们无初速度释放.设平板与斜面间、滑块与斜面间的动摩擦因数均为μ=0.5(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,=10 m/s2).求:

(1)滑块滑至点时的速度大小;

(2)滑块与平板下端到达斜面底端的时间差△

正确答案

(1)8 m/s

(2)1.65 s

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简答题

在海滨游乐场有一种滑沙的娱乐活动。如图所示,人坐在滑板上从斜坡的高处A点由静止开始下滑,滑到斜坡底部B点后沿水平滑道再滑行一段距离到C点停下来,斜坡滑道与水平滑道间是平滑连接的,滑板与两滑道间的动摩擦因数均为μ=0.5,不计空气阻力,重力加速度g=10 m/s2,斜坡倾角θ=37°。

(1)若人和滑块的总质量为m=60 kg,求人在斜坡上下滑时的加速度大小;

(2)若由于受到场地的限制,A点到C点的水平距离为s=50 m,为确保人身安全,假如你是设计师,你认为在设计斜坡滑道时,对高度h应有怎样的要求?

正确答案

解:(1)a1=g(sinθ-ucosθ)=2m/s2

(2)设高为h,则斜面长s=5h/3,水平面BC长L=50-4h/3

滑到B点时的速度V12=2as=20h/3

在地面滑动时加速度大小为a2=ug=5m/s2

又L=V12/2a2 ,即50-4h/3=20h/(3×2a2

得h=25m

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简答题

如图所示,一块小磁铁放在固定铁板ABC上的A处,其中AB和BC的长度均为1m, BC与水平面间的夹角为37°,磁铁与铁板间的磁力为磁铁重力的0.1倍,磁铁与铁板间的动摩擦因数为0.2。现给磁铁一个水平向右、大小为3m/s的初速度,不计磁铁经过B处转向时的机械能损失。求:(sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度取10m/s2

(1)磁铁第一次到达B处的速度大小;

(2)磁铁沿BC向上运动的加速度大小;

(3)请通过计算判断磁铁能否再次回到A点。

正确答案

解:(1)磁铁在AB上运动时,-μ(+)=1,得1=-2.2m/s2B2-02=211,可解得B =m/s=2.14 m/s

(2)mgsin37°+μ(cos37°+)=2,可解得2=7.8m/s2(3)设磁铁沿BC能向上滑行的最大距离为22=m=0.29m

磁铁沿BC向下滑行时的加速度3= gsin37°-μ(cos37°+0.1)=4.2m/s2再次回到B点的速度B'2=232=2×4.2×0.29(m/s)2=2.44(m/s)2沿AB面能滑行的最大距离3= =0.55m<1m,所以不能回到A点

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简答题

如图所示,一块小磁铁放在固定铁板ABC上的A处,其中AB和BC的长度均为1m, BC与水平面间的夹角为37°,磁铁与铁板间的磁力为磁铁重力的0.1倍,磁铁与铁板间的动摩擦因数为0.2。现给磁铁一个水平向右、大小为3m/s的初速度,不计磁铁经过B处转向时的机械能损失。求:(sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度取10m/s2

(1)磁铁第一次到达B处的速度大小;

(2)磁铁沿BC向上运动的加速度大小;

(3)请通过计算判断磁铁能否再次回到A点。

正确答案

解:(1)磁铁在AB上运动时,-μ(+)=1,得1=-2.2m/s2B2-02=211,可解得B =m/s=2.14 m/s

(2)mgsin37°+μ(cos37°+)=2,可解得2=7.8m/s2(3)设磁铁沿BC能向上滑行的最大距离为22=m=0.29m

磁铁沿BC向下滑行时的加速度3= gsin37°-μ(cos37°+0.1)=4.2m/s2再次回到B点的速度B'2=232=2×4.2×0.29(m/s)2=2.44(m/s)2沿AB面能滑行的最大距离3= =0.55m<1m,所以不能回到A点

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