- 用牛顿运动定律解决问题(一)
- 共673题
如图所示,长木板及小铁块的质量为M=m=1.0kg,木板的长度L=2.25m ,木板的a、b两表面的粗糙程度不同。a表面与小铁块间的摩擦因数,b表面与水平面间的摩擦因数 。开始时木板静止在水平面上,小铁块在木板的最左端以某一速度向右运动,刚好能滑到木板的最右端。 (g=10m/s2)(提示:要注意判断木板是否运动)
(1)求小铁块的初速v0 。
(2)将木板翻转,b面向上,a面向下,小铁块与b面的摩擦因数,a面与水平面间的摩擦因数 。小铁块仍以v0的速度从木板的左端向右滑,判断小铁块能否滑到木板的最右端。若能,求出滑到右端时的速度。若不能求出它最终相对木板的位移。
正确答案
解:(1) ∴板不动
根据动能定理得:
解得:
(2)∵
∴铁块不可能从右端滑出 ,
∴板动
由牛顿第二定律得:, a1=5m/s2 。
,a2=1.0m/s2 。
设t时刻铁块和木板达到共同速度v,然后一起运动到停止。
v0-a1t=a2t ,Δs= 0.75m
如图所示,在同一竖直平面内两正对着的相 同半圆光滑轨道,相隔一定的距离,虚线沿竖直方向,一小球能在其间运动。今在最低点与最高点各放一个压力传感器,测试小球对轨道的压力,并通过计算机显示出来,当轨道距离变化时,测得两点压力差与距离x的图象如右图所示。(不计空气阻力,g取10m/s2)求:
(1)小球的质量;
(2)相同半圆光滑轨道的半径;
(3)若小球在最低点B的速度为20m/s,为使小球能沿光滑轨道运动,x的最大值。
正确答案
解:(1)设轨道半径为R,由机械能守恒定律得
①
在B点②
在A点③
由①②③式得两点的压力差:
④
由图象得:截距6mg=6,得m=0.1kg ⑤
(2)由④式可知:因为图线的斜率
所以R=2m⑥
(3)在A点不脱离的条件为⑦
由①⑥⑦三式和题中所给已知条件解得:x=15m⑧。
如图所示,一个圆弧形光滑细圆管轨道ABC,放置在竖直平面内,轨道半径为R,在A点与水平地面AD相接,地面与圆心O等高,MN是放在水平地面上长为3R、厚度不计的垫子,左端M正好位于A点,将一个质量为m、直径略小于圆管直径的小球从A处管口正上方某处由静止释放,不考虑空气阻力
(1)若小球从C点射出后恰好能打到垫子的M端,则小球经过C点时对管的作用力大小和方向如何?
(2)欲使小球能通过C点落到垫子上,小球离A点的最大高度是多少?
正确答案
解:(1)小球离开C点做平抛运动,落到M点时水平位移为R,竖直下落高度为R,
根据运动学公式可得:,
从C点射出的速度为
设小球以Vl经过C点受到管子对它的作用力为FN,
由向心力公式可得,
由牛顿第三定律知,小球对管子作用力大小方向竖直向下。
(2)小球静止释放的高度最高时,小球运动的水平位移为4R,打到N点。
设能够落到N点的水平速度为v2,根据平抛运动求得:
设小球离A点的最大高度为H,根据机械能守恒定律可知:
,
。
在倾角为30°的斜面底端,木块A以某一速度沿斜面向上运动,若木块与斜面间的动摩擦因数为,g取10m/
,试求:
(1)木块A在斜面上运动的加速度;
(2)木块A在斜面上离开出发点时和回到出发点时的动能之比;
(3)如在斜面底端处安装一固定且垂直于斜面的挡板,如图所示,不计物块与挡板每次碰撞的机械能损失,求物块以初速度10m/s沿斜面运动所通过的总路程。
正确答案
解:(1)向上运动时:,得
向下运动时:,得
(2)向上运动时:
向下运动时:
联列可得:
(3)全过程:由于,所以物块停在斜面的最下端。
,
解得:。
如图所示,静止放在水平桌面上的纸带,其上有一质量为=0.1 kg的铁块,它与纸带右端的距离为=0.5 m,铁块与纸带间、纸带与桌面间动摩擦因数均为μ=0.1。现用力水平向左将纸带从铁块下抽出,当纸带全部抽出时铁块恰好到达桌面边缘,铁块抛出后落地点离抛出点的水平距离为=0.8 m.已知=10 m/s2,桌面高度为=0.8 m,不计纸带质量,不计铁块大小,铁块不滚动.求:
(1)铁块抛出时速度大小;
(2)纸带从铁块下抽出所用时间1;
(3)纸带抽出过程产生的内能
正确答案
解:(1)水平方向:=①
竖直方向:=2 ②
由①②联立解得:=2 m/s
(2)设铁块的加速度为1,由牛顿第二定律,得μ=1 ③
纸带抽出时,铁块的速度=11 ④
③④联立解得1=2 s
(3)铁块的位移1=112 ⑤
设纸带的位移为2;由题意知,2-1=⑥
由功能关系可得=μ2+μ(2-1) ⑦
由③④⑤⑥⑦联立解得=0.3 J
电机带动水平传送带以速度v匀速传动,一质量为m的小木块由静止轻放在传送带上(传送带足够长),若小木块与传送带之间的动摩擦因数为μ,如图所示,当小木块与传送带相对静止时,求:
(1)小木块的位移;
(2)传送带转过的路程;
(3)小木块获得的动能;
(4)摩擦过程产生的摩擦热;
(5)电机带动传送带匀速转动输出的总能量.
正确答案
解:(1)小木块的加速度a=μg
小木块的位移l1=
(2) 小木块加速运动的时间t=
传送带在这段时间内位移l2=vt=
(3)小木块获得的动能Ek=mv2(4)因摩擦而产生的热等于摩擦力(f)乘以相对位移(ΔL),故Q=f·ΔL=μmg(l2-l1)=
mv2(注:Q=Ek,但不是所有的问题都这样)
(5)由能的转化与守恒定律得,电机输出的总能量转化为小木块的动能与摩擦热,所以E=Ek+Q=mv2
冰壶比赛是在水平冰面上进行的体育项目,比赛场地示意如图所示,比赛时,运动员在投掷线AB处让冰壶以v0=2m/s的初速度向圆垒圆心O点滑出,已知圆垒圆心O到AB线的距离为30m,冰壶与冰面间的动摩擦因数为。(g取
)
(1)如果在圆垒圆心O有对方的冰壶,为了将对方冰壶撞开,运动员可以用毛刷擦冰壶运行前方的冰面,使冰壶与冰面间的动摩擦力因数减小,若用毛刷擦冰面后动摩擦因数减少至,则运动员用毛刷擦冰面的长度应大于多少米?
(2)若运动员采用擦刷冰面的方式使冰壶刚好运动到圆垒圆心O点处,那么冰壶运动的最短时间是多少?
正确答案
解:(1)设滑至O点速度为零,由动能定理
解得
运动员刷冰面的距离应大于10m
(2)由(1)计算可知,在冰面上刷10m时,冰壶到达O处时速度为0
在开始刷冰面10m时,冰壶到达O处运动时间最短
刷过后的加速度为
解得
运动d=10m后剩余20m距离以a1做匀减速运动
则冰壶运动最短时间为s
在一个水平面上建立x轴,在过原点O垂直于x轴的平面的右侧空间有一个匀强电场,场强大小E=6×105N/C,方向与x轴正方向相同,在原点O处放一个质量m=0.01kg带负电荷的绝缘物块,其带电量q=-5×10-8 C。物块与水平面间的动摩擦因数μ=0.2,给物块一个沿x轴正方向的初速度v0=2m/s。如图所示。试求:
(1)物块沿x轴正方向运动离O点的最远距离;
(2)物体运动的总时间为多长?
正确答案
解:(1)根据动能定理得:
代入数据,得:
(2)物块先向右作匀减速直线运动
根据:,得:
接着物块向左作匀加速直线运动:
根据:(s)
物块离开电场后,向左作匀减速运动:
根据:,得:
物块运动的总时间为:
在倾角为300的斜面底端,木块A以某一速度沿斜面向上运动,若木块与斜面间的动摩擦因数为,g取10m/
,试求:
(1)木块A在斜面上运动的加速度;
(2)木块A在斜面上离开出发点时和回到出发点时的动能之比;
(3)如在斜面底端处安装一固定且垂直于斜面的挡板,如图所示,不计物块与挡板每次碰撞的机械能损失,求物块以初速度10m/s沿斜面运动所通过的总路程。
正确答案
解:(1)向上运动时:,得
向下运动时:,得
(2)向上运动时:
向下运动时:
联列可得:
(3)全过程:由于,所以物块停在斜面的最下端。
,
解得:。
如图所示,小车B原来静止在光滑水平面上,一个质量为m的铁块A(可视为质点),以水平速度v0=4.0 m/s滑上质量为M的小车B的左端,最后恰能滑到小车的右端。已知M:m=3:1,小车长L=1.2 m,g取10 m/s2。求:
(1)A、B最后的速度;
(2)铁块与小车之间的动摩擦因数;
(3)铁块A速度减小到最小所经历的时间。
正确答案
解:(1)铁块恰能滑到小车的右端,此时二者具有相同的速度v,根据动量守恒定律:
mv0=(M+m)v,解得v=
(2)根据功能关系
代入数据求得:μ=0.5
(3)由牛顿第二定律,铁块A的加速度a=-μg
由运动学公式,A减速到v所用时间=0.6 s
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