- 用牛顿运动定律解决问题(一)
- 共673题
如图所示,一儿童玩具静止在水平地面上,一个幼儿沿与水平面成53°角的恒力拉着它沿水平面运动,已知拉力F=4.0N,玩具的质量m=0.5kg,经过时间t=2.0s,玩具移动了距离x=4.8m,这时幼儿松开手,玩具又滑行了一段距离后停下。
(1)全过程玩具的最大速度是多大?
(2)松开手后玩具还能运动多远?(取g=10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6)
正确答案
解:(1)由牛顿第二定律得 ①
据运动学公式 ②
③
由①②③解得,
(2)松手后
滑行距离
如图所示,质量为4kg的物体静止于水平面上,物体与水平面间的动摩擦因数为0.5,物体受到大小为20N,与水平方向成37°角的斜向上的拉力作用时沿水平面做匀加速运动。求3s内物体的位移是多大?(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
正确答案
解:对物体受力分析,物体做匀加速运动,所以有
而
物体的位移为
一列质量为103 t的列车,列车牵引力为3.5×105 N,运动中所受阻力为车重的0.01倍。列车由静止开始做匀加速直线运动,速度变为180 km/h需多少时间?(g取10 m/s2)
正确答案
解;列车总质量m=103 t=106 kg
总重G=mg=107 N
运动中所受阻力f=0.01G=0.01×107 N=1×105 N
设列车匀加速运动的加速度为a,由牛顿第二定律得,F-f=ma
则列车的加速度m/s2=0.25m/s2列车由静止加速到v=180 km/h=50 m/s
所用时间为t=s=200 s
一质量为m=2kg的物体置于水平面上,在水平外力的作用下由静止开始运动,水平外力随时间的变化情况如下图1所示,物体运动的速度随时间变化的情况如下图2所示,4s后图线没有画出。g取10m/s2。求:
(1)物体在第2s末的加速度a;
(2)物体与水平面间的摩擦因数μ;
(3)物体在前6s内的位移X。
正确答案
解:(1)根据V-t图像和加速度定义式:
(2)在0-4s内,在水平方向:
解出:μ=0.2
(3)设前4s的位移为X,根据位移公式:=8m
4s后的加速度为a2,则:
解出:a2=-1m/s2物体4-6s内,根据位移公式:=6m
物体在前8s内的位移X=x1+x2=14m
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)在斜坡上下滑时,人与滑板的受力情况如图所示
由牛顿第二定律得
另外有
由以上各式联立解得m/s2
(2)设斜坡倾角为θ,斜坡的最大高度为h,滑至底端的速度为υ,则
沿BC滑行的加速度为
沿BC滑行的距离为
为确保安全,应有
联立解得h≤25m,斜坡的高度不应超过25m
两套完全相同的小物块和轨道系统,轨道固定在水平桌面上。物块质量=1kg,轨道长度=2m,物块与轨道之间动摩擦因数μ=0.2。现用水平拉力1=8N、2=4N同时拉两个物块,分别作用一段距离后撤去,使两物块都能从静止出发,运动到轨道另一端时恰好停止。(=10m/s2)求:
(1)在1作用下的小物块加速度1多大?
(2)1作用了多少位移1?
(3)从两物块运动时开始计时直到都停止,除了物块在轨道两端速度都为零之外,另有某时刻两物块速度相同,则为多少?
正确答案
解:(1)1-μ116m/s2(2)动能定理1-μ0
=0.5(3)F2作用下的物块2-μ222m/s2两物块速度相同时,一定在上方物块减速阶段
上方物块最大速度m/s=2.45m/s
2=-(-/1)
得=0.816
如图所示,一长木板质量为M=4 kg,木板与地面的动摩擦因数μ1=0.2,质量为m=2kg的小滑块放在木板的右端,小滑块与木板间的动摩擦因数μ2=0.4。开始时木板与滑块都处于静止状态,木板的右端与右侧竖直墙壁的距离L=2.7 m,现给木板以水平向右的初速度v0=6 m/s使木板向右运动,设木板与墙壁碰撞时间极短,且碰后以原速率弹回,取g=10 m/s2,求:
(1)木板与墙壁碰撞时,木板和滑块的瞬时速度各是多大?
(2)木板与墙壁碰撞后,经过多长时间小滑块停在木板上?
正确答案
解:(1)木板获得初速度后,与小滑块发生相对滑动,木板向右做匀减速运动,滑块向右做匀加速运动,加速度大小分别为
设木板与墙碰撞时,木板的速度为vM,小滑块的速度为vm,根据运动学公式有
解得vM=3 m/s
时间
故vm=amt1=2.4 m/s
(2)设木板反弹后,小滑块与木板达到共同速度所需时间为t2,共同速度为v,以水平向左为正方向
对木板有v=vM-aMt2对滑块有v=-vm+amt2代入数据解得t2=0.6 s
青岛海滨游乐场有一种滑沙娱乐活动如图所示,人坐在滑板上从斜坡高处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,若忽略B处对速度大小的影响,板与滑道的动摩擦因数均为μ=0.5,不计空气阻力,g取10 m/s2。
(1)若斜坡倾角θ=37°,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.(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
(2)若由于受到场地的限制,A点到C点的水平距离为50 m,为确保人身安全,请你设计斜坡的高度.
正确答案
解:(1)在斜坡上下滑时,由牛顿第二定律可知:
mgsinθ-Ff=ma ①
FN-mgcosθ=0 ②
Ff=μFN ③
解①②③得a=gsinθ-μgcosθ=2 m/s2
(2)设斜坡倾角为θ,坡的最大高度为h,滑到B点时速度为v,则v2=2a ④
由于沿BC滑动时的加速度为a′=μg
则xBC=v2/(2a′)
为确保安全,则有xBC+hcotθ≤50
解得h≤25 m,即斜坡高度不应高于25 m
如图所示,小球甲从倾角θ=30°的光滑斜面上高h=5cm的A点由静止释放,同时小球乙自C点以速度v0沿光滑水平面向左匀速运动,C点与斜面底端B处的距离L=0.4m.甲滑下后能沿斜面底部的光滑小圆弧平稳地朝乙追去,甲释放后经过t=1s刚好追上乙,求乙的速度v0。
正确答案
解:设小球甲在光滑斜面上运动的加速度为a,运动时间为t1,运动到B处时的速度为v1,
从B处到追上小球乙所用时间为t2,则a=gsin30°=5m/s2 由得:
t2=t-t1=0.8s
v1=at1=1m/s
v0t+L=v1t2代入数据解得:v0=0.4 m/s。
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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