- 用牛顿运动定律解决问题(一)
- 共673题
如图所示,半径为R的光滑绝缘圆环固定在竖直平面内,在环的底端B点固定一个带正电的小珠,环上还套有一个质量为m,带有与小珠等量正电荷的小球,现将小球从A点(半径OA水平)由静止释放开始运动,当运动到C点(∠AOC=30。)时获得的最大动能为Ekm,求
(1)小球在A点刚释放时运动的加速度?
(2)小球从位置A运动到位置C的过程中所受静电力做的功?
(3)小球在位置C时受到圆环对它的作用力?
正确答案
(1)
(2)Ekm-1/2mgR
(3)mg+2Ekm/R
一个质量m=2 kg的滑块在倾角为θ=37°的同定斜面上,受到一个大小为40 N的水平推力F作用,以v0=10 m/s的速度沿斜面匀速上滑(sin37°=0.6,取g=10m/s2)
(1)求滑块与斜面间的动摩擦因数;
(2)若滑块运动到A点时立即撤去推力F,求这以后滑块再返回A点经过的时间。
正确答案
解:(1)在F的作用下,物体做匀速运动
有Fcos37°=mgsin37°+μ(mgcos37°+Fsin37°)
解得μ=0.5
(2)撤去F后,物体往上滑时a=gsin37°+μgcos37°= 10 m/s2
往下滑时a'=gsin37°-μgcos37°=2 m/s2
杂技演员在进行“顶竿”表演时,用的是一根质量可忽略不计的长竹竿。质量为m=30 kg的演员自竹竿顶部由静止开始下滑,滑到竹竿底端时速度恰好为零。为了研究下滑演员沿竿的下滑情况,在顶竿演员与竹竿底部之间安装一个传感器。由于竹竿处于静止状态,传感器显示的就是下滑演员所受摩擦力的情况,如图所示,g取10 m/s2。求:
(1)下滑演员下滑过程中的最大速度;
(2)竹竿的长度。
正确答案
解:(1)由图象可知,下滑演员在t1=1 s内匀加速下滑,设下滑的加速度为a,则根据牛顿第二定律有
mg-F=ma
1 s末下滑演员的速度达最大vm=at1=4 m/s
(2)由图象可知,1 s末~3 s末下滑演员做匀减速运动,末速度为零,则杆长为
或
如图甲所示为学校操场上一质量为20 kg的竖直滑竿,为了研究学生沿竿下滑的情况,在竿顶部装有一力传感器,可显示竿顶端所受拉力的大小。现有一质量为50kg的学生从上端由静止滑下,滑到竿底时速度恰好为零。以学生开始下滑时刻为计时起点,传感器显示的拉力随时间变化情况如图乙所示,g取10 m/s2。求:
(1)该学生下滑过程中的最大速度;
(2)滑竿的长度。
正确答案
解:(1)由图知学生先匀加速后匀减速下滑,1 s末速度最大,设匀加速下滑过程中加速度为a1,则有:
=4 m/s2
v1=a1t1=4×1 m/s=4 m/s
(2)设匀减速下滑过程中加速度为a2,则有:
滑竿长度x=x1-x2=2m+4m=6 m
如图所示,一条轨道固定在竖直平面内,粗糙的ab段水平,bcde段光滑,cde 段是以O为圆心、R为半径的一小段圆弧,可视为质点的物块A和B紧靠在一起,静止于b处,A的质量是B的3倍。两物块在足够大的内力作用下突然分离,分别向左、右始终沿轨道运动。B到d点时速度沿水平方向,此时轨道对B的支持力大小等于B所受重力的3/4。A与ab段的动摩擦因数为μ,重力加速度为g,求:
(1)物块B在d点的速度大小v;
(2)物块A滑行的距离s。
正确答案
解:(1)设物块A和B的质量分别为mA和mB B在d处的合力为F,依题意①
由牛顿第二定律得②
③
(2)设A和B分开时的速度分别为v1和v2,系统动量守恒mAv1-mBv2=0 ④
B从位置b运动到d的过程中,机械能守恒⑤
A在滑行过程中,由动能定理 ⑥
联立③④⑤⑥得 ⑦
如图所示,重100N的物体A以初速度v=10m/s沿倾角为37°的斜面向上滑动,斜面对物体A的摩擦力的大小为10N。已知sin37°=0.6,cos37°=0.8。取g=10m/s2,求:
(1)物体A受哪几个力的作用?
(2)将A所受各力在沿斜面方向和垂直斜面方向进行分解,求各力在这两个方向上分力的合力。
(3)A与斜面间的动摩擦因数为多大?
(4)物体A从开始运动1s后的速度和位移各多大?
正确答案
解:(1)受力如图,重力G、支持力FN和摩擦力f
(2)分解后沿斜面方向的合力大小F合=f+Gsin37°=70N
垂直斜面方向的合力为FN-Gcos37°=0
(3)由f=μFN得A与斜面间的动摩擦因数μ=f/FN=0.125
(4)由牛顿第二定律物体的加速度为a=F合/m=7m/s2
由运动规律公式,物体的在1s后的速度为v1=v-at=3m/s
位移为s1=vt-at2/2=6.5m
如图所示,质量为5kg的物体与水平地面间的动摩擦因数μ=0.2,现用F=25N与水平方向成θ=37°的力拉物体,使物体由静止加速运动,10s后撤去拉力。求:
(1)物体在两个阶段的加速度各是多大?(g取10m/s2)
(2)物体从运动到停止总的位移。
正确答案
(1)2.6 m/s2,2 m/s2
(2)299 m
在某公园建有一山坡滑草运动项目,该山坡可看成倾角θ=37°的斜面,一名游客连同滑草装置总质量m=80kg,他从静止开始从顶端匀加速下滑,装置与草之间的动摩擦因数为μ=0.5,山坡长=64m。(不计空气阻力,取g=10m/s2)问:
(1)游客连同滑草装置在下滑过程中加速度为多大?
(2)滑到底端时的速度及所用时间?
正确答案
解:(1)游客连同滑草装置在下滑过程中加速度为,对游客连同滑草装置受力分析如图所示:
由牛顿第二定律得 ①
又有 ②
③
联立①②③式解得
(2)设游客连同滑草装置滑到底端时的速度为,所用时间为
由运动学公式可得,
解得,
将一小球竖直上抛,如果小球到达最高点前的最后一秒和离开最高点后的第一秒时间内通过的路程分别为x1和x2,速度变化量的大小分别为Δv1和Δv2,假设小球所受空气阻力大小不变,则x1____________x2,Δv1____________Δv2(填>、<或=)。
正确答案
>,>
将质量为m的物体以初速度v0从地面竖直向上抛出,设在上升和下降过程中所受的空气阻力大小均为Ff,求上升的最大高度和落回地面的速度。
正确答案
解:题目中明确指出有上升和下降两个过程,现分别对这两个过程进行分析:
上升过程:物体做匀减速直线运动,受力情况如图甲所示
由牛顿第二定律得mg+Ff=ma1 ①
根据运动学公式得 ②
下降过程:物体做匀加速直线运动,受力情况如图乙所示
由牛顿第二定律得mg-Ff=ma2 ③
根据运动公式得 ④
由①②得 ⑤
由③④⑤式得
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