- 用牛顿运动定律解决问题(一)
- 共673题
质量为2 kg的物体在水平推力F的作用下沿水平面做直线运动,一段时间后撤去F,其运动的v-t图象如图所示。g取10 m/s2,求:
(1)物体与水平面间的动摩擦因数μ;
(2)水平推力F的大小;
(3)0~10 s内物体运动位移的大小。
正确答案
解:(1)设物体做匀减速直线运动的时间为△t2、初速度为v20、末速度为v2t,加速度为a2,则
①
设物体所受的摩擦力为Ff,根据牛顿第二定律,有Ff=ma2 ②
Ff=-μmg ③
联立②③得 ④
(2)设物体做匀加速直线运动的时间为△t1、初速度为v10、末速度为v1t、加速度为a1,则
⑤
根据牛顿第二定律,有F+Ff=ma1 ⑥
联立③⑥得F=μmg+ma1=6 N
(3)解法一:由匀变速直线运动位移公式,得
解法二:根据v-t图象围成的面积,得
质量为2 kg的物体在水平推力F 的作用下沿水平面做直线运动,一段时间后撤去F,其运动的v-t图象如图所示.g取10m/s2,求:
(1)物体与水平间的动摩擦因数μ;
(2)水平推力F的大小;
(3)0 ~10 s内物体运动位移的大小.
正确答案
解:(1)设物体做匀减速直线运动的时间为△t2、初速度为v20、末速度为v2t、加速度为a2,则
,①
设物体所受的摩擦力为Ff,根据牛顿第二定律,有
Ff= ma2,②
Ff=-μmg, ③
联立②③得④
(2)设物体做匀加速直线运动的时间为△t1、初速度为v10、末速度为v1t、加速度为a1,则
⑤
根据牛顿第二定律,有F+ Ff=ma1, ⑥
联立③⑥得F=μmg+ma1=6 N.
(3)由匀变速直线运动位移公式,得
。
如图所示,有一块木板静止在光滑而且足够长的水平面上,木板的质量为M =4 kg,长为L=1.4 m,木板右端放着一个小滑块, 小滑块质量m =1 kg,其尺寸远小于L,小滑块与木板间的动摩擦因数为μ=0.4.(g取10 m/s2)
(1)现用恒力F作用在木板M上,为使m能从M上滑落下来,问:F的大小范围是多少?
(2)其他条件不变,若恒力F=22.8 N,且始终作用在M 上,最终使得m能从M上滑落下来,问:m在M上滑动的时间是多长?
正确答案
解:(1)要使m能从M上滑下,则 m与M发生相对滑动,此时,
对m:μmg=ma1,
当M:F-μmg=Ma2,且a2>a1,解得F>20N;
(2)当F=22.8 N时,由(1)知m和M发生相对滑动,对M:F-μmg=Ma3.
设经时间t,m、M脱离,则,解得t=2s.
某兴趣小组对一辆自制小遥控车的性能进行研究。他们让这辆小车在水平的直轨道上由静止开始运动,并将小车运动的全过程记录下来,通过处理转化为v-t图象,如图所示(除2s-10s时间段内的图象为曲线外,其余时间段图象均为直线)。已知小车运动的过程中,2s-14s时间段内小车的功率保持不变,在14s末停止遥控而让小车自由滑行。小车的质量为1kg,可认为在整个过程中小车所受到的阻力大小不变。求:
(1)小车所受到的阻力大小;
(2)小车匀速行驶阶段的功率;
(3)小车在加速运动过程中位移的大小。
正确答案
解:(1)14到18秒间=1.5N
(2)=9w
(3)2到10秒间得,得
=39m。
1到2秒间=3m,所以加速阶段的位移大小为42m。
某兴趣小组对一辆自制小遥控车的性能进行研究。他们让这辆小车在水平的直轨道上由静止开始运动,并将小车运动的全过程记录下来,通过处理转化为v-t图象,如图所示(除2s-10s时间段内的图象为曲线外,其余时间段图象均为直线)。已知小车运动的过程中,2s-14s时间段内小车的功率保持不变,在14s末停止遥控而让小车自由滑行。小车的质量为1kg,可认为在整个过程中小车所受到的阻力大小不变。求:
(1)小车所受到的阻力大小;
(2)小车匀速行驶阶段的功率;
(3)小车在加速运动过程中位移的大小。
正确答案
解:(1)由图象可得,在14s--18s时间内,阻力大小:
(2)在10s--14s内小车做匀速运动:
故小车功率:
(3)速度图象与时间轴的“面积”的数值等于物体位移大小:
0--2s内,
2s--10s内,根据动能定理有:
解得:
故小车在加速过程中的位移为:
质量为2 kg的小球,以30 m/s的速度竖直上抛,经过2.5s到达最高点(g取10 m/s2),求:
(1)小球在上升过程中受到空气的平均阻力;
(2)小球上升的最大高度;
(3)若小球在空气中的阻力大小不变,小球落回到抛出点的速度。
正确答案
解:(1)以初速度方向为正方向,由速度公式v=v0+a1t 得,小球上升时的加速度a1==-12 m/s2根据牛顿第二定律知ma1=-mg+Ff所以阻力Ff=ma1+mg=-4 N,负号表示阻力方向向下
(2)由-v02=2a1h得,上升的最大高度h=m=37.5 m
(3)小球下落时的合力大小F合=mg+Ff根据牛顿第二定律,小球下落时的加速度大小
根据公式v2=2a2h,小球落回到抛出点的速度大小m/s≈24.5 m/s,速度方向竖直向下
人和雪橇的总质量为75kg,沿倾角且足够长的斜坡向下运动,已知雪橇所受的空气阻力与速度成正比,比例系数k未知,从某时刻开始计时,测得雪橇运动的v-t图象如图中的曲线AD所示,图中AB是曲线在A点的切线,切线上一点B的坐标为(4,15),CD是曲线AD的渐近线,g取10m/s2,试回答和求解:
(1)雪橇在下滑过程中,开始做什么运动,最后做什么运动?
(2)当雪橇的速度为5m/s时,雪橇的加速度为多大?
(3)雪橇与斜坡间的动摩擦因数μ多大?
正确答案
解:(1)如图线可知,雪橇开始以5m/s的初速度作加速度逐渐减小的变加速运动,最后以10m/s作匀速运动
(2)t=0,v0=5m/s时AB的斜率等于加速度的大小
(3)t=0,,
由牛顿运动定律
,
,
解①②得,
如图所示,让一小物体(可看作质点)从图示斜面上的点以0=4m/s的初速度滑上斜面,物体滑到斜面上的点后沿原路返回。若到的距离为1m,斜面倾角为θ=37°。求:
(1)物体沿斜面向上滑动时的加速度为多大?
(2)求物体与斜面间的动摩擦因数;
(3)若设水平地面为零重力势能面,且物体返回经过点时,其动能恰与重力势能相等,求点相对水平地面的高度。(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
正确答案
(1)a=8m/s2
(2)μ=0.25
(3)h=0.24m
质量为100 t的机车从停车场出发,做匀加速直线运动,经225m后速度达到54 km/h。此时司机关闭发动机,让机车做匀减速直线运动进站,机车又行驶了125m才停在站台上。设机车在运动过程中所受阻力不 变,求:机车关闭发动机前所受的牵引力。
正确答案
解:设关闭发动机的瞬间机车的速度为v1,在加速阶段:
由vt2-v02=2as,得a1=m/s2=0.5 m/s2
由牛顿第二定律得F引-F阻=ma1=100×103×0.5 N=5×104 N ①
减速阶段:初速度v1=15 m/s,末速度v2=0,位移s2=125 m
由vt2-v02=2as,得加速度a2== -0.9 m/s2,负号表示a2方向与v1方向相反
由牛顿第二定律得F阻=-ma2=-105×(-0.9)N=9×104 N ②
由①②得:机车的牵引力F引=1.4×104 N
如图车厢中有一倾角为30°的斜面,当火车以10 m/s2的加速度沿水平方向向左运动时,斜面上的物体m与车厢相对静止,分析物体m所受摩擦力的方向。
正确答案
解:如图所示,m受三个力的作用,重力mg、弹力N、静摩擦力f
假设f不存在,则mg和N的合力沿水平方向
F合=mgtanθ=ma
得a=gtanθ=g<10 m/s2故物体相对斜面向上滑动,故物体受沿斜面向下的摩擦力而保持相对静止
扫码查看完整答案与解析