- 牛顿第二定律
- 共12933题
如图所示的传送皮带,其水平部分ab的长度为2m,倾斜部分bc的长度为4m,bc与水平面的夹角为α=37°,将一小物块A(可视为质点)轻轻放于a端的传送带上,物块A与传送带间的动摩擦因数为μ=0.25.传送带沿图示方向以v=2m/s的速度匀速运动,若物块A始终未脱离皮带,试求小物块A从a端被传送到c端所用的时间.(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
正确答案
解:A先在传送带上滑行一段距离,此时A做匀加速运动(相对地面),直到A与传送带匀速运动的速度相同为止,此过程A的加速为a1,则:
μmg=ma1
得:a1=μg
A做匀加速运动的时间 是:t1==
=
=0.8s
这段时间内A对地的位移是:s1=v平•t1=×2×0.8=0.8m
当A相对地的速度达到2m/s时,A随传送带一起匀速运动,所用时间为t2,故:
t2==
=0.6s
物块在传送带的bc之间,由于μ=0.25<tan37°=0.75,A在bc段将沿倾斜部分加速下滑,此时A受到的为滑动摩擦力,大小为μmgcos37°,方向沿传送带向上,A在传送带的倾斜部分以加速度a2向下匀加速运动,由牛顿第二定律:
mgsin37°-μmgcos37°=ma2
解得:a2=g(sin37°-μcos37°)=10×(0.6-0.25×0.8)=4m/s2
由运动学公式sbc=vt3+a2 t32 其中sbc=4m,v=2m/s
解得:t3=1s(t3‘=-2s舍去)
物块从a到c端所用时间为t:
t=t1+t2+t3=0.8+0.6+1=2.4s
答:小物块A从a端被传送到c端所用时间为2.4s.
解析
解:A先在传送带上滑行一段距离,此时A做匀加速运动(相对地面),直到A与传送带匀速运动的速度相同为止,此过程A的加速为a1,则:
μmg=ma1
得:a1=μg
A做匀加速运动的时间 是:t1==
=
=0.8s
这段时间内A对地的位移是:s1=v平•t1=×2×0.8=0.8m
当A相对地的速度达到2m/s时,A随传送带一起匀速运动,所用时间为t2,故:
t2==
=0.6s
物块在传送带的bc之间,由于μ=0.25<tan37°=0.75,A在bc段将沿倾斜部分加速下滑,此时A受到的为滑动摩擦力,大小为μmgcos37°,方向沿传送带向上,A在传送带的倾斜部分以加速度a2向下匀加速运动,由牛顿第二定律:
mgsin37°-μmgcos37°=ma2
解得:a2=g(sin37°-μcos37°)=10×(0.6-0.25×0.8)=4m/s2
由运动学公式sbc=vt3+a2 t32 其中sbc=4m,v=2m/s
解得:t3=1s(t3‘=-2s舍去)
物块从a到c端所用时间为t:
t=t1+t2+t3=0.8+0.6+1=2.4s
答:小物块A从a端被传送到c端所用时间为2.4s.
如图所示,光滑的水平轨道与光滑半圆弧轨道相切.轨道半径R=0.4m,一质量m=100g的小球停放在光滑水平轨道上,现给小球从A点一个v0的初速度(取g=10m/s2,不计空气阻力).
(1)若小球恰好能达到C点,则小球到达C点时速度为多少?
(2)若小球到达C点的速度为v1=3m/s,则小球落到水平轨道前在水平方向运动的距离及落到水平轨道时速度的大小分别是多少?
(3)若小球到达C点的速度为v2=4m/s,则小球到达C点时加速度大小及对C点的压力别是多少?
正确答案
解:(1)小球恰好到达C点,根据牛顿第二定律得:,
解得:.
(2)根据2R=得:t=
,
则水平距离为:x=v1t=3×0.4m=1.2m,
落地时竖直分速度为:vy=gt=10×0.4m/s=4m/s,
则落地的速度为:v=.
(3)根据牛顿第二定律得:,
解得:a=,
N==
.
由牛顿第三定律知,小球对C点的压力为3N.
答:(1)小球到达C点时速度为2m/s.
(2)小球落到水平轨道前在水平方向运动的距离及落到水平轨道时速度的大小分别是1.2m、5m/s.
(3)小球到达C点时加速度大小及对C点的压力别是40m/s2、3N.
解析
解:(1)小球恰好到达C点,根据牛顿第二定律得:,
解得:.
(2)根据2R=得:t=
,
则水平距离为:x=v1t=3×0.4m=1.2m,
落地时竖直分速度为:vy=gt=10×0.4m/s=4m/s,
则落地的速度为:v=.
(3)根据牛顿第二定律得:,
解得:a=,
N==
.
由牛顿第三定律知,小球对C点的压力为3N.
答:(1)小球到达C点时速度为2m/s.
(2)小球落到水平轨道前在水平方向运动的距离及落到水平轨道时速度的大小分别是1.2m、5m/s.
(3)小球到达C点时加速度大小及对C点的压力别是40m/s2、3N.
(2015秋•泰州期末)如图所示,质量均为m的两个木块P、Q叠放在水平地面上,P、Q接触面的倾角为θ,现在Q上加一水平推力F,使P、Q保持相对静止一起向左做加速直线运动,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A以PQ整体为研究对象,在竖直方向上合力为零,故FN=2mg,故Q对地面的压力为2mg,故A错误;
B、因PQ做匀加速运动,若,在水平方向上由牛顿第二定律得:F-μ•2mg=ma,解得:a=0,故不能做匀加速运动,故B错误;
C、若P、Q之间光滑,对P受力分析,在水平方向上,由牛顿第二定律可知:mgtanθ=ma,故:a=gtanθ,故C正确;
D、Q与地面间为滑动摩擦力,故f=μ•2mg,摩擦力不变,故D错误;
故选:C
质量之比为4:1的两个物体A、B,以相同的初速度沿粗糙水平面滑行,经时间tA、tB后分别静止.若它们受到的阻力相等,则tA:tB=______;若它们与地面的动摩擦因数相同,则tA:tB=______.
正确答案
4:1
1:1
解析
解:若A、B所受的阻力相等,根据牛顿第二定律得:a=,知
=
=
.
由v=at得:t=,知v相等,则
=
=
.
若动摩擦因数相同,根据牛顿第二定律得:a==
=μg,可知加速度相等
由t=知所用时间相等,即:tA:tB=1:1.
故答案为:4:1,1:1
质量为1000kg 的汽车以v=10m/s的速度在水平面上匀速行驶,第3s末关闭发动机,第4s末速度大小是8m/s,汽车所受阻力大小为______N,汽车在前10s内的位移是______ m.
正确答案
2000
55
解析
解:由运动学公式得加速度大小为:a==
m/s2=2m/s2
根据牛顿第二定律得f=ma=1000×2N=2000N
由题意得汽车刹车后,再经5s会停止,此过程汽车位移x1==
m=25m
此前的匀速运动位移x2=vt2=10×3m=30m
故汽车在前10s内的位移是55m
答:2000,55
如图所示,小球的质量为m,用弹簧和细线悬挂在天花板上,保持静止,弹簧和细线的质量忽略不计,且与水平方向的夹角均为60°,当细线被剪断的瞬间,小球的加速度大小和方向正确的是( )
正确答案
解析
解:细线烧断后,弹簧弹力和重力都没变化,受力分析如图
故两力的合力为mg,根据牛顿第二定律:F=ma得:a=
g,方向向右下方与水平方向成60°角,故D正确;
故选:D
如图所示,质量为M的小车放在光滑的水平地面上,右面靠墙,小车的上表面是一个光滑的斜面,斜面的倾角为α,当地重力加速度为g.那么,当有一个质量为m的物体在这个斜面上自由下滑时,小车对右侧墙壁的压力大小是( )
正确答案
解析
解:对小车进行受力分析,如图所示:
小车处于静止状态,受力平衡,水平方向有:
N=mgcosαsinα=mgsin2α;
故选:A.
质量m=10kg的物体,在F=40N的水平向左的力的作用下,沿水平桌面从静止开始运动.物体运动时受到的滑动摩擦力F′=30N.在开始运动后的第5s末撤去水平力F,求物体从开始运动到最后停止总共通过的路程.
正确答案
解:由牛顿第二定律得:F-F′=ma
的:a==
m/s2=1 m/s2
速度为:v=at=1×5=5m/s
由位移公式x=v0t+at2
得:x1=at2=
=12.5m
撤去外力F后,由牛顿第二定律得:-F′=ma′
代入数据解得:a′=-3m/s2
根据匀变速直线运动的速度公式有:vt=v0+at
得:t0=-=-
=
s
x2=t=
t=
×
=
m
总路程为:x=x1+x2=12.5+≈16.7m
答:总共通过的路程为16.7m.
解析
解:由牛顿第二定律得:F-F′=ma
的:a==
m/s2=1 m/s2
速度为:v=at=1×5=5m/s
由位移公式x=v0t+at2
得:x1=at2=
=12.5m
撤去外力F后,由牛顿第二定律得:-F′=ma′
代入数据解得:a′=-3m/s2
根据匀变速直线运动的速度公式有:vt=v0+at
得:t0=-=-
=
s
x2=t=
t=
×
=
m
总路程为:x=x1+x2=12.5+≈16.7m
答:总共通过的路程为16.7m.
“快乐向前冲”节目中有这样一种项目,选手需要借助悬挂在高处的 绳飞跃到鸿沟对面的平台上,如果已知选手的质量为m,选手抓住绳由静止开始摆动,此时绳与竖直方向夹角为α,如图所示,不考虑空气阻力和绳的质量,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、在最低点,受到的重力和拉力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律,有F-mg=m,故F>mg,故A错误,B正确;
C、选手摆到最低点时所受绳子的拉力和选手对绳子的拉力是作用力和反作用力的关系,根据牛顿第三定律,它们大小相等、方向相反且作用在同一条直线上,故C错误;
D、选手摆到最低点的运动过程中机械能守恒,是变速圆周运动,拉力是变力,故D错误;
故选B.
如图所示,质量M=10kg的木楔ABC静止置于粗糙水平地面上,木楔与地面间的动摩擦因数μ=0.02.在木楔的倾角θ为30°的斜面上,有一质量m=10kg的物块由静止开始沿斜面下滑.当滑行路程s=1.4m时,其速度v=1.4m/s.在这过程中木楔始终没有动.求木楔对地面的摩擦力和压力(重力加速度g取10m/s2).
正确答案
解:对物块:初速度v0=0,位移s=1.4m.末速度v=1.4m/s,
由v2-v02=2as得
a=m/s2
以物块和木楔ABC整体为研究对象,作出力图如图.
根据牛顿第二定律得 地面对木楔的摩擦力的大小:
f=max=macosθ+M×0≈0.61N,方向水平向左.
木楔受到的支持力:(M+m)g-FN=may
所以:FN=(M+m)g-masinθ=(10+10)×10-10×0.7×0.5=196.5N
由牛顿第三定律可知,木楔对地面的压力也是196.5N.
答:地面对木楔的摩擦力的大小f=0.61N,方向水平向左.木楔对地面的压力是196.5N.
解析
解:对物块:初速度v0=0,位移s=1.4m.末速度v=1.4m/s,
由v2-v02=2as得
a=m/s2
以物块和木楔ABC整体为研究对象,作出力图如图.
根据牛顿第二定律得 地面对木楔的摩擦力的大小:
f=max=macosθ+M×0≈0.61N,方向水平向左.
木楔受到的支持力:(M+m)g-FN=may
所以:FN=(M+m)g-masinθ=(10+10)×10-10×0.7×0.5=196.5N
由牛顿第三定律可知,木楔对地面的压力也是196.5N.
答:地面对木楔的摩擦力的大小f=0.61N,方向水平向左.木楔对地面的压力是196.5N.
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