- 牛顿第二定律
- 共12933题
如图所示,质量M=0.2kg的足够长木板静止在水平地面上,与地面间动摩擦因数μ1=0.1,另一质量m=0.1kg的小滑块以v0=8m/s初速度滑上长木板,滑块与长木板间动摩擦因数μ2=0.5,g=10m/s2,求:
(1)刚开始时小滑块的加速度大小为多少?
(2)刚开始时长木板的加速度大小为多少?
(3)小滑块最后停在距长木板左端多远的位置?
正确答案
解:(1)(2)设小滑块的加速度大小为a1,长木板的加速度大小为a2,由牛顿第二定律,对滑块,有:
μ2mg=ma1
解得:
对长木板,根据牛顿第二定律,有:
μ2mg-μ1(m+M)=Ma2
解得:
(3)设经过时间t滑块和长木板相对静止,故:
v=v0-a1t
v=a2t
解得:,v=
这段时间内小滑块的位移:
=
m
长木板的位移:
=
m
此后一起匀减速直线运动,故小滑块最后距离长木板左端:
答:(1)刚开始时小滑块的加速度大小为5m/s2;
(2)刚开始时长木板的加速度大小为1m/s2;
(3)小滑块最后停在距长木板左端m远的位置.
解析
解:(1)(2)设小滑块的加速度大小为a1,长木板的加速度大小为a2,由牛顿第二定律,对滑块,有:
μ2mg=ma1
解得:
对长木板,根据牛顿第二定律,有:
μ2mg-μ1(m+M)=Ma2
解得:
(3)设经过时间t滑块和长木板相对静止,故:
v=v0-a1t
v=a2t
解得:,v=
这段时间内小滑块的位移:
=
m
长木板的位移:
=
m
此后一起匀减速直线运动,故小滑块最后距离长木板左端:
答:(1)刚开始时小滑块的加速度大小为5m/s2;
(2)刚开始时长木板的加速度大小为1m/s2;
(3)小滑块最后停在距长木板左端m远的位置.
我国是一个能源消耗大国,节约能源刻不容缓.设有一架直升飞机以加速度a从地面由静止开始竖直向上起飞,已知飞机在上升过程中每秒钟的耗油量V=pa+q(p、q均为常数,a为向上的加速度),若直升飞机欲加速上升到某一高度处,且耗油量最小,则其加速度大小应为( )
正确答案
解析
解:设匀加速直线运动的加速度为a,高度为h,由h=得,t=
,
则消耗的油量=
,
知时,油量消耗最小.
解得a=.
故选:B.
如图所示,一物体M从A点以某一初速度沿倾角α=37°的粗糙固定斜面向上运动,自顶端B点飞出后,垂直撞到高H=2.25m的竖直墙面上C点,又沿原轨迹返回.已知B、C两点的高度差h=0.45m,物体M与斜面间的动摩擦因数μ=0.25,取sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度g=10m/s2.试求:
(1)物体M沿斜面向上运动时的加速度大小;
(2)物体返回后B点时的速度;
(3)物体被墙面弹回后,从B点回到A点所需的时间.
正确答案
解:(1)物体M沿斜面向上运动时的加速度为a,由牛顿第二定律有:
mgsinθ+μmgcosθ=ma
代入数据得:a=8m/s2
(2)物体从C点到B点做平抛运动,设落至B点时在竖直方向的速度为vBy,
由平抛运动规律有:,
代入数据得:=3m/s.
由题意知,物体落在B点后刚好沿斜面下滑,则它落至B点时的速度方向沿斜面向下,与水平方向的夹角为37°
大小为:
(3)设物体从B点返回到A点过程中的加速度大小为a′,时间为t′,由牛顿第二定律得:
mgsinθ-μmgcosθ=ma′
代入数据得:a′=4m/s2
由运动学公式有:
代入数据得:t′=0.5s (-3s舍去)
答:(1)物体M沿斜面向上运动时的加速度大小为8m/s2;
(2)物体返回后B点时的速度为5m/s;
(3)物体被墙面弹回后,从B点回到A点所需的时间为0.5s.
解析
解:(1)物体M沿斜面向上运动时的加速度为a,由牛顿第二定律有:
mgsinθ+μmgcosθ=ma
代入数据得:a=8m/s2
(2)物体从C点到B点做平抛运动,设落至B点时在竖直方向的速度为vBy,
由平抛运动规律有:,
代入数据得:=3m/s.
由题意知,物体落在B点后刚好沿斜面下滑,则它落至B点时的速度方向沿斜面向下,与水平方向的夹角为37°
大小为:
(3)设物体从B点返回到A点过程中的加速度大小为a′,时间为t′,由牛顿第二定律得:
mgsinθ-μmgcosθ=ma′
代入数据得:a′=4m/s2
由运动学公式有:
代入数据得:t′=0.5s (-3s舍去)
答:(1)物体M沿斜面向上运动时的加速度大小为8m/s2;
(2)物体返回后B点时的速度为5m/s;
(3)物体被墙面弹回后,从B点回到A点所需的时间为0.5s.
两个外形完全相同的小球,一个是实心铁球,一个是实心木球,用相同初速竖直向上抛出,若它们受到的空气阻力大小相等,则它们上升的最大高度h铁和h木大小关系是h铁______h木(填大于、小于或等于)它们回到抛出点时的速度大小关系是v铁______v木.
正确答案
大于
大于
解析
解:上升过程,根据动能定理,有:-(G+f)h=0-,变形得到:h=
;
铁球比木球重力大,阻力相同,初速度也相同,铁球上升的高度大;
对全程运用动能定理,得到:-2fh=;
联立解得,故铁球的末速度也大;
故答案为:大于,大于.
(2015秋•长春校级期末)光滑水平面上质量为m1=4kg和m2=6kg 的滑块,用不可伸长的细绳连接m1和m2,水平力F=30N作用在m2上,
求:
(1)系统运动的加速度;
(2)细绳中的张力.
正确答案
解:(1)对整体分析,根据牛顿第二定律得:F=(m1+m2)a
解得a==
m/s2=3.0m/s2;
(2)隔离对m1分析,根据牛顿第二定律得:
T=m1a=4×3N=12N.
所以细绳中的张力为12N.
答:(1)系统运动的加速度为3.0m/s2;
(2)细绳中的张力为12N.
解析
解:(1)对整体分析,根据牛顿第二定律得:F=(m1+m2)a
解得a==
m/s2=3.0m/s2;
(2)隔离对m1分析,根据牛顿第二定律得:
T=m1a=4×3N=12N.
所以细绳中的张力为12N.
答:(1)系统运动的加速度为3.0m/s2;
(2)细绳中的张力为12N.
如图,用线将金属块M和木块m连在一起浸没入水中,从静止开始以加速度a加速下沉,经过时间t1,线断了,再经过时间t2,木块停止下沉,求此时金属块M的速度.
正确答案
解:以金属块与木块组成的系统为研究对象,取向下为正方向,由牛顿第二定律得系统的合力为:
F=(M+m)a,
对系统,由动量定理得:
F(t1+t2)=Mv+m•0
解得:金属块M的速度为:
v=a;
答:此时金属块M的速度是a.
解析
解:以金属块与木块组成的系统为研究对象,取向下为正方向,由牛顿第二定律得系统的合力为:
F=(M+m)a,
对系统,由动量定理得:
F(t1+t2)=Mv+m•0
解得:金属块M的速度为:
v=a;
答:此时金属块M的速度是a.
一物体静止在光滑水平面上,先对物体施加一个水平向右的恒力F1,经过时间t物体运动到距离出发点为s的位置,此时立即撤去F1,同时对物体施加一水平向左的恒力F2,又经过相同的时间t,物体运动到距离出发点s/2的位置,在这一过程中力F1和F2的比可能是______和______.
正确答案
2:5
2:7
解析
解:由牛顿第二定律得:F1=ma1,F2=ma2,
撤去F1时物体的速度为:v=a1t,
物体运动到距离出发点的位置,物体的位移可能是
或-
,
由匀变速运动的位移公式得:
s=a1t2,-
=vt-
a2t2,
解得:=
或
;
故答案为:2:5,2:7.
如图所示,传送带与水平面间的夹角为θ=37°,传送带以10m/s的速率皮带轮沿顺时针方向转动,在传送带上端A处无初速地放上质量为0.5kg的物体,它与传送带间的动摩擦因数为0.5,若传送带A到B的长度为16m,则物体从A运动到B的时间为多少?
正确答案
解:物体放上传送带,滑动摩擦力的方向先沿斜面向下.
根据牛顿第二定律得:
a1==gsin37°+μgcos37°=10×0.6+0.5×10×0.8m/s2=10m/s2
则速度达到传送带速度所需的时间:
t1==
s=1s.
经过的位移:
x1=a1t12=
×10×1m=5m.
由于mgsin37°>μmgcos37°,可知物体与传送带不能保持相对静止.
速度相等后,物体所受的摩擦力沿斜面向上.
根据牛顿第二定律得:
a2==gsin37°-μgcos37°=2m/s2
根据vt2+a2t22=L-x1,即10t2+
×2×t22=11
解得t2=1s.
则t=t1+t2=2s.
答:物体从A运动到B的时间为2s.
解析
解:物体放上传送带,滑动摩擦力的方向先沿斜面向下.
根据牛顿第二定律得:
a1==gsin37°+μgcos37°=10×0.6+0.5×10×0.8m/s2=10m/s2
则速度达到传送带速度所需的时间:
t1==
s=1s.
经过的位移:
x1=a1t12=
×10×1m=5m.
由于mgsin37°>μmgcos37°,可知物体与传送带不能保持相对静止.
速度相等后,物体所受的摩擦力沿斜面向上.
根据牛顿第二定律得:
a2==gsin37°-μgcos37°=2m/s2
根据vt2+a2t22=L-x1,即10t2+
×2×t22=11
解得t2=1s.
则t=t1+t2=2s.
答:物体从A运动到B的时间为2s.
如图所示,倾角为37°、足够长的斜面体固定在水平地面上,物块在沿斜面向上的恒定外力F作用下,从斜面上的A点由静止开始向上作匀加速运动,前进了4.0m抵达B点,此时速度为8m/s,并立即撤去外力F.已知物块与斜面间的动摩擦因数为0.5,物块质量为lkg.g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:
(1)物块从A点运动到B点过程中的加速度;
(2)物块所受的外力F的大小;
(3)物块所能到达的最高点离A点的距离.
正确答案
解:(1)设外加恒力F时小木块的加速度为a1,由匀加速直线运动的规律得:
=2a1s1
解得:
=8m/s2
(2)加速过程,对滑块受力分析,受推力、重力、支持力和摩擦力,根据牛顿第二定律,有:
F-mgsinθ-μmgcosθ=ma1
解得:F=mgsinθ+μmgcosθ+ma1=1×10×0.6+0.5×1×10×0.8+1×8=18N
(3)设小木块继续上滑的加速度大小为a2,由牛顿第二定律得:
mgsinθ+μmgcosθ=ma2
解得:a2=gsinθ+μgcosθ=10×0.6+0.5×10×0.8=10m/s2
还能上滑的距离:
S2==
=3.2m
物体所能达到的最高点离A点的距离为:
S=S1+S2=4+3.2=7.2m
答:(1)物块从A点运动到B点过程中的加速度为8m/s2;
(2)木块所受的外力F为18N;
(3)物块所能到达的最高点离A点的距离为7.2m.
解析
解:(1)设外加恒力F时小木块的加速度为a1,由匀加速直线运动的规律得:
=2a1s1
解得:
=8m/s2
(2)加速过程,对滑块受力分析,受推力、重力、支持力和摩擦力,根据牛顿第二定律,有:
F-mgsinθ-μmgcosθ=ma1
解得:F=mgsinθ+μmgcosθ+ma1=1×10×0.6+0.5×1×10×0.8+1×8=18N
(3)设小木块继续上滑的加速度大小为a2,由牛顿第二定律得:
mgsinθ+μmgcosθ=ma2
解得:a2=gsinθ+μgcosθ=10×0.6+0.5×10×0.8=10m/s2
还能上滑的距离:
S2==
=3.2m
物体所能达到的最高点离A点的距离为:
S=S1+S2=4+3.2=7.2m
答:(1)物块从A点运动到B点过程中的加速度为8m/s2;
(2)木块所受的外力F为18N;
(3)物块所能到达的最高点离A点的距离为7.2m.
(2015秋•广州月考)在粗糙水平面上,一电动玩具小车以v0=4m/s的速度做匀速直线运动,其正前方铺一块正方形薄片,边长为L=0.6m的正方形薄板,小车在到达薄板前某处立即刹车,靠惯性运动s=3m的距离后沿薄板一边的中垂线平滑地冲上薄板.小车与水平面以及薄板之间的动摩擦因数均为μ1=0.2,薄板与水平面之间的动摩擦因数μ2=0.1,小车质量M为薄板质量m的3倍,小车可看成质点,重力加速度g=10m/s2,求:
(1)小车冲上薄板时的速度大小;
(2)小车从刚冲上薄板到停止时的位移大小.
正确答案
解:(1)根据牛顿第二定律得,小车在水平面上刹车的加速度大小为:
=2m/s2.
根据速度位移公式得:
,
解得:.
(2)小车对薄板的摩擦力f1=μ1Mg=2M=6m,地面对薄板的摩擦力为:
f2=μ2(M+m)g=4m,
因为f1>f2,知薄板相对地面发生相对滑动.
小车在薄板上匀减速直线运动的加速度大小为:,
薄板做匀加速直线运动的加速度为:,
两者速度相等经历的时间为t1,有:v1-a2t1=a3t1,
解得:,
此时两者发生的相对位移为:,
代入数据解得:△x=0.5m<L,
此时小车的位移为:m=0.75m,
相等的速度v=a3t1=2×0.5m/s=1m/s
然后两者一起做匀减速直线运动,匀减速运动的加速度为:,
则一起匀减速直线运动的位移为:,
所以小车从刚冲上薄板到停止时的位移大小为:x=x1+x2=0.75+0.5m=1.25m.
答:(1)小车冲上薄板时的速度大小为2m/s;
(2)小车从刚冲上薄板到停止时的位移大小为1.25m.
解析
解:(1)根据牛顿第二定律得,小车在水平面上刹车的加速度大小为:
=2m/s2.
根据速度位移公式得:
,
解得:.
(2)小车对薄板的摩擦力f1=μ1Mg=2M=6m,地面对薄板的摩擦力为:
f2=μ2(M+m)g=4m,
因为f1>f2,知薄板相对地面发生相对滑动.
小车在薄板上匀减速直线运动的加速度大小为:,
薄板做匀加速直线运动的加速度为:,
两者速度相等经历的时间为t1,有:v1-a2t1=a3t1,
解得:,
此时两者发生的相对位移为:,
代入数据解得:△x=0.5m<L,
此时小车的位移为:m=0.75m,
相等的速度v=a3t1=2×0.5m/s=1m/s
然后两者一起做匀减速直线运动,匀减速运动的加速度为:,
则一起匀减速直线运动的位移为:,
所以小车从刚冲上薄板到停止时的位移大小为:x=x1+x2=0.75+0.5m=1.25m.
答:(1)小车冲上薄板时的速度大小为2m/s;
(2)小车从刚冲上薄板到停止时的位移大小为1.25m.
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