- 用牛顿运动定律解决问题(一)
- 共673题
质量为150kg的网球从离地高3.2m处自由落下,着地后经0.1s反弹起来,上升到离地1.8m处速度减小为零。试求网球在着地过程中所受地面弹力的平均值。(空气阻力不计,g取10m/s2)
正确答案
22.5N
质量为的物体在水平推力
的作用下沿水平面作直线运动,一段时间后撤去
,其运动的
图像如图所示。
取
,求:
(1)物体与水平面间的运动摩擦因数;
(2)水平推力的大小。
正确答案
(1)μ=0.2
(2)F=6N
一位滑雪者如果以v0=20 m/s的初速度沿直线冲上一倾角为30°的山坡,从冲坡开始计时,至3.8s末,雪橇速度变为零。如果雪橇与人的质量为m=80 kg,求滑雪者受到的阻力是多少?(g取10 m/s2)
正确答案
解:可先分析滑雪者在斜坡上的运动情况。初速度为20 m/s,末速度为零,运动时间为3.8s。则根据匀变速直线运动的公式,可以求得加速度a。再根据牛顿第二定律,由已知的加速度a,求出物体受到的阻力
如图建立坐标系,以v0方向为x轴的正方向,并将重力进行分解
G1=Gsin30°,G2=Gcos30°
在x方向上,Ff为物体受到的阻力大小;在y方向上,因为物体的运动状态没有变化,所以重力的一个分力G2等于斜坡的支持力FN
即G2=FN沿x方向可建立方程-Ff-G1=ma ①
又因为 ②
所以m/s2≈-5.26 m/s2,其中“-”号表示加速度方向与z轴正方向相反
又因为G1=mgsin30°
所以Ff=-80×10×N-80×(-5.26)N=-400 N+420.8 N=20.8 N,方向沿斜面向下
摩天大楼中一部直通高层的客运电梯,行程超过百米。电梯的简化模型如图1所示,考虑安全、舒适、省时等因素,电梯的加速度a随时间t变化的。已知电梯在t=0时由静止开始上升,a-t图像如图2所示。电梯总质最m=2.0×103kg,忽略一切阻力,重力加速度g取10m/s2。求
(1)电梯在上升过程中受到的最大拉力F1和最小拉力F2;
(2)类比是一种常用的研究方法。对于直线运动,教科书中讲解了由v-t图像求位移的方法。请你借鉴此方法,对比加速度的和速度的定义,根据图2所示a-t图像,求电梯在第1s内的速度改变量△v1和第2s末的速率v2;
(3)求电梯以最大速率上升时,拉力做功的功率p;再求在0~11s时间内,拉力和重力对电梯所做的总功W。
正确答案
解:(1)根据牛顿运动定律
,
,代入数据得:
,
,代入数据得:
(2)面积法:
(3)最大速度
电梯以最大速率上升时,拉力做功的功率W
根据动能定理:在0~11s时间内,拉力和重力对电梯所做的总功
如图所示,叠放在水平地面上的物体A、B的重力分别为GA和GB,A、B之间的动摩擦因数为μ1,B与地面之间的动摩擦因数为μ2.在A上施加水平力F时,B恰好开始运动.
(1)若GB =2GA,问μ1与μ2有什么关系?
(2)若μ1=2μ2,问GA与GB有什么关系?
正确答案
(1)若GB=2GA,则应有μ1=3μ2
(2)若μ1=2μ2,则应有GA= GB.
如图所示,质量为30 kg的雪橇在与水平面成30°角的拉力作用下,沿水平面向右做直线运动,经0.5 m速度由0.6 m/s均匀地减至0.4m/s,已知雪橇与地面间的动摩擦因数μ=0.2,求作用力F的大小.(g取10 m/s2)
正确答案
解:由匀变速直线运动的公式得,所以雪橇加速度
雪橇的受力情况如图所示.
有FN+Fsinθ- mg =0, ①
Ff =μFN, ②
Fcosθ- Ff= ma. ③
联立①②③得
两个完全相同的物块a、b质量为m=0.8kg,在水平面上以相同的初速度从同一位置开始运动,图中的两条直线表示物体受到水平拉力F作用和不受拉力作用的υ-t图象,求:
(1)物块b所受拉力F的大小;
(2)8s末a、b间的距离;
(3)若在8s末将作用在b物体上的水平拉力F换到a物体上,在a追上b之前再过多长时间它们相距最远?最远距离为多少?
正确答案
(1)1.8N
(2)60m
(3)t=16/3s,s=92m
如图所示,中国选手何雯娜在2008年北京奥运会女子蹦床项目的比赛中摘取金牌,已知何雯娜的体重为49kg,设她从3.2m高处自由下落后与蹦床的作用时间为1.2s,离开蹦床后上升的高度为5m,试求她对蹦床的平均作用力?(g取10m/s2)
正确答案
解:当她从3.2m高处下落到与蹦床接触的过程中做自由落体运动
由运动学公式v2=2gx得,她接触蹦床时的速度大小为 v1==
m/s=8m/s
她离开蹦床时的速度大小为 v2==
m/s=10m/s
取竖直向上为正方向,由运动学公式v2=v1+at得,她的加速度大小为 a==
m/s2=15m/s2,方向竖直向上
她与蹦床接触的过程中受重力mg和蹦床对她的平均作用力F
由牛顿第二定律得F-mg=ma解得蹦床对她的平均作用力F=1225N,方向竖直向上。
如图所示,光滑水平桌面上的物体B质量为m1,系一细绳,细绳跨过桌沿的定滑轮后悬挂质量为m2的物体A,先用手使B静止(细绳质量及滑轮摩擦均不计)。
(1)求放手后A、B一起运动中绳上的张力FT。
(2)若在B上再叠放一个与A质量相等的物体C,绳上张力就增大到,求m1:m2。
正确答案
解:
(1)对B有:
对A有:
则
(2)对B有:
对A有:
则
由
得:
所以。
如图甲所示,质量为m=1kg的物体置于倾角为的固定且足够长的斜面上,对物体施以平行于斜面向上的拉力,t1=1s时撤去拉力,物体运动的部分V-t图像如图乙所示。试求:(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)
(1)拉力F的大小;
(2)t2=4s时刻物体的速度V的大小。
正确答案
解:(1)设力F作用时物体的加速度为a1,对物体进行受力分析,由牛顿第二定律可知
撤去力F,由牛顿第二定律有
根据图像可知:
代入解得F=30N
(2)在物块由A到C过程中,设撤去力后物体运动到最高点时间为t2
,解得t2=2s
则物体沿着斜面下滑的时间为
设下滑加速度为a3,由牛顿第二定律
有
t=4s时速度
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