- 用牛顿运动定律解决问题(一)
- 共673题
如图甲所示,一根足够长的细杆与水平成θ=37°固定,质量为m=1kg的小球穿在细杆上静止于细杆底端点,今有水平向右的作用于小球上,经时间t1=0.2s后停止,小球沿细杆运动的部分v-t图像如图乙所示(取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8).试求:
(1)小球在0~0.2 s内的加速度a1和0.2~0.4s内的加速度a2;
(2)0~0.2 s内水平作用力的大小.
(3)撤去水平力后,小球经多长时间返回底部.
正确答案
解:(1)由图象可知
在0~2s内:,方向沿杆向上
在2~4s内:,负号表示方向沿杆向下
(2)力时的上升过程,由受力分析和牛顿第二定律有:
①
F停止后的上升阶段,有:
②
(3)由图可知前0.2s小球上升距离S1=0.4m
停止拉力后,小球继续上升距离时间
上升距离
总共上升距离
小球沿杆滑下是加速度
下滑时间
小球滑到底部所用时间
一宇宙空间探测器从某一星球的表面升空,假设探测器的质量恒为1500kg,发动机的推力为恒力,宇宙探测器升空到某一高度时,发动机突然关闭,如图是表示其速度随时间变化规律:
(1)升空后,9s、25s、45s时探测器的运动情况如何?
(2)求宇宙探测器在该行星表面所能到达的最大高度?
(3)计算该行星表面的重力加速度?
(4)假设行星表面没有空气,试计算发动机的推力。
正确答案
解:(1)由图线可见,探测器升空后9S末的速度为60m/s,方向竖直向上;25s末的速度为4m/s,方向竖直向下;45s末的速度大小为84m/s,方向竖直向下
(2)空间探测器上升的所能达到的最大高度应等于它在第一、第二运动阶段中通过的总位移值,所以有Hm=768m
(3)空间探测器的发动机突然关闭后,它只受该行星的重力的作用,故它运动的加速度即为该行星表面处的重力加速度值,从V-t图线不难发现,8s末空间探测器关闭了发动机,所以V-t图线上的斜率即等于该行星表面处的重力加速度g=4m/s2(4)选取空间探测器为研究对象,在0~8S内,空间探测器受到竖直向上的推进力与竖直向下的重力的共同作用,则由牛顿第二定律得F-mg=ma,又a=8m/s2,故有F=(ma+mg)=18000N
一辆汽车正在以v=20 m/s的速度在平直路面匀速行驶,突然,司机看见车的正前方s处有一位静止站立的老人,司机立即采取制动措施。此过程汽车运动的速率随时间的变化规律如图所示,g取10 m/s2,求:
(1)s至少多大时,老人是安全的(设老人在整个过程都静止不动);
(2)汽车与地面的动摩擦因数(刹车过程空气阻力不计)。
正确答案
解:(1)由题图可知,司机刹车过程有0.5秒的反应时间,在0.5秒内位移:s1=vt1=20×0.5m=10m
制动后汽车前进的位移40 m
刹车过程汽车前进的总位移s=s1+s2=50 m
即s至少为50 m时,老人是安全的
(2)由题图可知,制动后汽车运动的加速度为
根据牛顿第二定律得:-μmg=ma
代入数据得:μ=0.5
一质量m=2.0kg的小物块以一定的初速度冲上一个足够长的倾角为37°的固定斜面,某同学利用传感器测出了小物块冲上斜面过程中多个时刻的瞬时速度,并用计算机做出了小物块上滑过程的速度-时间图线,如图所示。(取sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)求:
(1)小物块冲上斜面过程中加速度的大小;
(2)小物块与斜面间的动摩擦因数;
(3)小物块向上运动的最大距离。
正确答案
解:(1)由图象可知,
(2)分析小物块的受力情况,根据牛顿第二定律,有mgsin37°+μmgcos37°=ma
代入数据解得μ=0.25
(3)由匀变速直线运动的规律,有
解得S=4m
一个物体置于水平面上,在0~4 s内受水平力F和摩擦力作用,4S末撤去外力F,其v一t图线如图所示,则在0~4 s内物体的加速度大小为__________m/s2,物体与水平面间的动摩擦因数为__________。
正确答案
3,0.2
如图甲所示,在“用DIS系统测量小车加速度”的实验中,将长为1m的水平轨道一端垫高10 cm形成斜面。从斜面顶端南静止释放质量为0.5 kg的小车后,得到图乙所示的v-t图象(小车与轨道末端碰撞后立刻停下),若g取10m/s2。则小车在下滑过程中
(1)加速度大小为____m/s2;
(2)受到的平均阻力大小为____N。
正确答案
(1)0.5
(2)0.25
在水平地面上有一质量为2kg的物体。在水平拉力F的作用下由静止开始运动,10 s后拉力大小减为,方向不变。该物体的运动速度随时间t的变化规律如图所示(g取10 m/s2)。求:
(1)前10 s内物体的位移大小;
(2)物体受到的拉力F的大小;
(3)物体与地面之间的动摩擦因数。
正确答案
解:(1)
(2)由图线可知:0-10 s内加速度大小为a1=0.8 m/s2 10~14 s内加速度大小为a2=2 m/s2根据牛顿第二定律:F-μmg=ma1
得F=7 N
(3)μ=0.27
“神舟七号”飞船返回舱返回时,开始阶段通过自身制动发动机使飞船进行竖直减速下降,这一过程若返回舱所受空气阻力与速度的平方成正比,比例系数为k。从某时刻起开始计时,返回舱的v-t图象如图所示,图中AE是曲线在A点的切线,切线交横轴于一点E,其坐标为(8,0),CD是AB的渐近线,返回舱质量m=400 kg,g取10 m/s2,试问:
(1)返回舱在这一阶段做什么运动?
(2)设在初始时刻vA=120 m/s,此时它的加速度多大?
(3)写出空气阻力系数k的表达式并计算其值。
正确答案
解:(1)由题中图象可以看出曲线切线的斜率逐渐减小,说明这一阶段返回舱做加速度逐渐减小的减速运动,最终匀速运动
(2)在初始时刻,vA=120 m/s,过A点的切线的斜率即为此时的加速度大小,
(3)返回舱最终匀速运动,选向下为正方向
根据平衡条件得mg-kvB2-F=0 ①
在A点时有mg-kvA2-F=- ma ②
由①②两式得
代人数据解得k≈0.42 kg/m
放在水平地面上的物块,受到方向不变的水平推力F的作用,力F随时间t的关系和物块速度v随时间t的关系如图所示。取g=10m/s2。则由图像可以求得物块的质量m为_________,物块与地面之间的动摩擦因数μ为_________。
正确答案
0.5kg;0.4
质量为m的飞机以水平速度v0飞离跑道后逐渐上升,若飞机在此过程中水平速度保持不变,同时受到重力和竖直向上的恒定升力(该升力由其它力的合力提供,不含升力)。今测得当飞机在水平方向的位移为l时,它的上升高度为h。求:
(1)飞机受到的升力大小;
(2)从起飞到上升至h高度的过程中升力所做的功及在高度h处飞机的动能。
正确答案
解:(1)飞机水平速度不变,l=v0t
y方向加速度恒定,h=
消去t即得a=
由牛顿第二定律得F=mg+ma=mg(1+)
(2)升力做功W=Fh=mgh(1+)
在h处vt=at==
∴Ek==
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