• 用牛顿运动定律解决问题(一)
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简答题

如图所示,物块A(可视为质点)从O点水平抛出,抛出后经0.6s抵达斜面上端P处时速度方向与斜面平行。此后物块紧贴斜面向下运动,又经过2s物块到达斜面底端时的速度为14m/s。已知固定斜面的倾角θ=37°(且sin37°=0.6,cos37°=0.8),g取10 m/s2。试求:

(1)抛出点O与P点的竖直距离h;

(2)物块A从O点水平抛出的初速度v0

(3)物块与斜面之间的动摩擦因数μ。

正确答案

解:(1)由

(2)0.6s时物A竖直方向的分速度

因为

所以

(3)物块沿斜面下滑,受力如图,

所以

物块在P点的速度为m/s

m/s2 联立上式可得:

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简答题

长度为L=0.5m的轻质细杆OA,A端有一质量为m=3.0kg的小球,如图所示,小球以O点为圆心在竖直平面内做圆周运动,通过最高点时小球的速率是2.0m/s,g取10m/s2,计算此时细杆OA受到的弹力。

正确答案

解:小球在A点的速度大于时,杆受到拉力,小于时,杆受压力。

由于v=2.0 m/s<m/s,所以过最高点时,球对细杆产生压力。

小球受重力mg和细杆的支持力

由牛顿第二定律, 

所以此时细杆OA受到的弹力大小为6.0N,方向竖直向下。

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简答题

如图所示,水平轨道PAB与圆弧轨道BC相切于B点,其中PA段光滑,AB段粗糙,动摩擦因数μ=0.1,AB段长度L=2m,BC段光滑,半径R=lm,轻质弹簧劲度系数k=200N/m,左端固定于P点,右端处于自由状态时位于A点。现用力推质量m=2kg的小滑块,使其缓慢压缩弹簧,当推力做功W=25J时撤去推力。已知弹簧弹性势能表达式,其中,k为弹篝的劲度系数,x为弹簧的形变量,重力加速度取g=10m/s2

(1)求推力撤去瞬间,滑块的加速度a;

(2)求滑块第一次到达圆弧轨道最低点B时对B点的压力FN

(3)判断滑块能否越过C点,如果能,求出滑块到达C点的速度vc和滑块离开C 点再次回到C点所用时间t,如果不能,求出滑块能达到的最大高度h。

正确答案

解:(1)推力做功全部转化为弹簧的弹性势能,则有W=Ek

则有 

得x=0.5m②

由牛顿运动定律得

(2)设滑块到达B点时的速度为vB,由能量关系有

对滑块,由牛顿定律得

由牛顿第三定律可知,滑块对B点的压力为62N⑦

(3)设滑块能够到达C点,且具有速度vC,由功能关系得

 代人数据解得vC=1m/s⑨

故滑块能够越过C点从滑块离开C点到再次回到C点过程中,

物体做匀变速运动,以向下为正方向,有vC=-vC十gt⑩

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简答题

一个质量为60kg的人,站在竖直向上运动着的升降机地板上,他看到升降机上挂着重物的弹簧秤示数为40N。已知重物质量为5kg,g取10m/s2,求人对升降机地板的压力。

正确答案

解:设弹簧秤示数为F,重物质量为m,对物体应用牛顿第二定律得 mg-F=ma

解得 a=2m/s2,方向向下。

设人质量为M,地板对人的支持力为FN,对人利用牛顿第二定律得 Mg-FN=Ma

解得 FN=480N。 

根据牛顿第三定律,人对地板的压力大小为480N,方向竖直向下。

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简答题

如图,质量m=2kg的物体静止于水平地面的A处,A、B间距L=20m。用大小为30N,沿水平方向的外力拉此物体,经t0=2s拉至B处。(已知cos37°=0.8,sin37°=0.6。取g=10m/s2)

(1)求物体与地面间的动摩擦因数μ;

(2)用大小为30N,与水平方向成37°的力斜向上拉此物体,使物体从A处由静止开始运动并能到达B处,求该力作用的最短时间t。

正确答案

解:(1)物体做匀加速运动

由牛顿第二定律

(2)设F作用的最短时间为t,小车先以大小为a的加速度匀加速秒,撤去外力后,以大小为a',的加速度匀减速t'秒到达B处,速度恰为0,由牛顿定律

由于匀加速阶段的末速度即为匀减速阶段的初速度,因此有

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简答题

两个完全相同的物体A,B,质量均为m=0.8 kg,在同一粗糙水平面上以相同的初速度从同一位置开始运动。图中的两条直线分别表示物体A受到水平拉力F作用和物体B不受拉力作用的v-t图象,求:

(1)物体与地面之间的动摩擦因数μ;

(2)物体A所受拉力F的大小;

(3)12 s末物体A,B之间的距离s。

正确答案

解:(1)由v-t图象得

由牛顿第二定律得-μmg=maB

解得

(2)由v-t图象得

由牛顿第二定律得F-f=maA

解得F=0.8 N

(3)设A,B在12 s内的位移分别为s1,s2,由v-t图象得

故s=s1-s2=60 m

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简答题

两个完全相同的物体A,B,质量均为m=0.8 kg,在同一粗糙水平面上以相同的初速度从同一位置开始运动。图中的两条直线分别表示物体A受到水平拉力F作用和物体B不受拉力作用的v-t图象,求:

(1)物体与地面之间的动摩擦因数μ;

(2)物体A所受拉力F的大小;

(3)12 s末物体A,B之间的距离s。

正确答案

解:(1)由v-t图象得

由牛顿第二定律得-μmg=maB

解得

(2)由v-t图象得

由牛顿第二定律得F-f=maA

解得F=0.8 N

(3)设A,B在12 s内的位移分别为s1,s2,由v-t图象得

故s=s1-s2=60 m

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简答题

如图所示,重力分别为GA=4 N、GB=6 N的A、B两物块,相对静止在匀减速下降的电梯中,加速度的大小为2m/s2。试求B物块受到的弹力(取g=10 m/s2)。

正确答案

解:规定向上为正方向,由题知a=2 m/s2,A物块受重力GA、B物块的弹力F1,如图所示

由牛顿第二定律得F1-GA=mAa

所以F1=GA+mAa=GA+GAa/g=(4+4×2/10)N=4.8 N,方向向上

由牛顿第三定律得,B物块受到A物块的弹力F1'=F1=4.8 N,方向向下

B物块受重力GB、A物块的弹力F1'、电梯底面的弹力F2,如图所示

由牛顿第二定律得F2-F1'-GB=mBa

所以F2=F1'+GB+mBa=F1'+GB+GBa/g=(4.8+6+6×2/10)N=12 N,方向向上

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简答题

如图所示,某货场需将质量为m1=100kg的货物(可视为质点)从高处运送至地面,为避免货物与地面发生撞击,现利用固定于地面的光滑四分之一圆轨道,使货物由轨道顶端无初速滑下,轨道半径R=1.8m。地面上紧靠轨道依次排放两块完全相同的木板A、B,长度均为l=2m,质量均为m2=100kg,木板上表面与轨道末端相切。货物与木板间的动摩擦因数为μ1,木板与地面间的动摩擦因数μ2=0.2。(最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等,取g=10 m/s2

(1)求货物到达圆轨道末端时对轨道的压力。

(2)若货物滑上木板A时,木板不动,而滑上木板B时,木板B开始滑动,求μ1应满足的条件。

(3)若μ1=0.5,求货物滑到木板A末端时的速度和在木板A上运动的时间。

正确答案

解:(1)设货物滑到圆轨道末端时的速度为v0,对货物的下滑过程,

根据机械能守恒定律得

设货物在轨道末端所受支持力的大小为FN,根据牛顿第二定律得

联立①②式,代入数据得 FN=3000N③

根据牛顿第三定律,货物对轨道的压力大小为3000N,方向竖直向下。

(2)若滑上木板A时,木板不动,由受力分析得 μ1m1g≤μ2(m1+2m2)g④

若滑上木板B时,木板B开始滑动,由受力分析得 μ1m1g>μ2(m1+m2)g⑤

联立④⑤式,代入数据得 0.4<μ1≤0.6⑥

(3)μ1=0.5,由⑥式可知,货物在木板A上滑动时,木板不动。

设货物在木板A上做减速运动时的加速度大小为a1,由牛顿第二定律得μ1m1g=m1a1

设货物滑到木板A末端时的速度为v1,由运动学公式得v12-v02=-2a1l⑧

联立①⑦⑧式,代入数据得v1=4m/s⑨

设在木板A上运动的时间为t,由运动学公式得v1=v0-a1t⑩

联立①⑦⑨⑩式,代入数据得t=0.4s

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简答题

蹦床是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并做各种空中动作的运动项目(如图所示)。一个质量为60kg的运动员,从离水平网面3.2m高处自由下落,着网后沿竖直方向蹦回到离水平网面5.0m高处。已知运动员与网接触的时间为1.2s。若把在这段时间内网对运动员的作用力当作恒力处理,求此力的大小。(g=10m/s2

正确答案

解:将运动员看作质量为m的质点,从h1高处下落,刚接触网时速度的大小,向下

弹跳后到达的高度为h2,刚离网时速度的大小,向上

速度的改变量,向上

以a表示加速度,△t表示接触时间,则

接触过程中运动员受到向上的弹力F和向下的重力mg。由牛顿第二定律

由以上五式解得

代入数值得N

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