- 牛顿第二定律
- 共12933题
如图1所示,AB是竖直光滑的
圆轨道,下端B点与水平传送带左端相切,传送带向右匀速运动.甲和乙是可视为质点的相同小物块,质量均为0.2kg,在圆轨道的下端B点放置小物块甲,将小物块乙从圆轨道的A端由静止释放,甲和乙碰撞后粘合在一起,它们在传送带上运动的v-t图象如图2所示,g=10m/s2,求:
(1)甲乙结合体与传送带间的动摩擦因数.
(2)圆轨道的半径.
正确答案
解:(1)设动摩擦因数为μ.
由v-t图象可知,甲乙结合体在传送带上加速运动时的加速度为:
a=3m/s2
根据牛顿第二定律得:μ×2mg=2ma
解得:μ=0.3
(2)设圆轨道半径为r,乙滑到圆轨道下端时速度为v1,
由v-t图象可知,甲乙碰撞后结合体速度为:
v2=2m/s
由机械能守恒定律得:mgr=mv12
以乙的初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:mv1=2mv2,
代入数据解得:r=0.8m;
答:(1)甲乙结合体与传送带间的动摩擦因素是0.3.
(2)圆轨道的半径是0.8m.
解析
解:(1)设动摩擦因数为μ.
由v-t图象可知,甲乙结合体在传送带上加速运动时的加速度为:
a=3m/s2
根据牛顿第二定律得:μ×2mg=2ma
解得:μ=0.3
(2)设圆轨道半径为r,乙滑到圆轨道下端时速度为v1,
由v-t图象可知,甲乙碰撞后结合体速度为:
v2=2m/s
由机械能守恒定律得:mgr=mv12
以乙的初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:mv1=2mv2,
代入数据解得:r=0.8m;
答:(1)甲乙结合体与传送带间的动摩擦因素是0.3.
(2)圆轨道的半径是0.8m.
如图a所示,一轻绳上端系在车的左上角A点,另一轻绳一端系在车左壁上B点.B点在A点正下方,AB距离为L,两绳另一端在c点相结并系一质量为m的小球,绳AC长为
L,BC长为L,两绳能够承受的最大拉力均为2mg,则(1)绳BC刚好被拉直时(如图b),车的加速度大小为______g;(2)为不拉断轻绳,车的最大加速度大小为______g.
正确答案
1
3
解析
解:(1)绳BC刚好被拉直时(如图b),小球受重力、AC绳的拉力时,它们的合力水平向左,根据牛顿第二定律有:mgtan45°=ma,解得a=g.
(2)小球在竖直方向上平衡,有:TACsin45°=mg,
解得TAC=mg,且保持不变,
知BC绳达到最大拉力时,加速度最大.
根据牛顿第二定律得,TACcos45°+TBC=mam
解得am=3g.
故答案为:1,3
如图所示,已水平传送带以2m/s的速度传送物块,水平部分长为2m,其右端与一倾角为β=370的光滑斜面相连,斜面长为0.4m,一物块无初速度地放在传送带的最左端,已知物块与传送带间的动摩擦因数为μ=0.2,试问,物块能否达到斜面的顶端,若能请说明理由,若不能则请求出物块从出发后9.5s内运动的路程(传送带与斜面间平滑连接,取g=10m/s2)
正确答案
解:物块放上传送带μmg=ma1 所以a1=2m/s2
当速度达时V0时t1==1s,走过的位移是x1=
=1m
接着物块以V0的速度在传送带上匀速滑行,最后以V0的速度冲上斜面,
在斜面上有mgsinβ=ma2 所以a2=gsinβ=6m/s2
由V02=2 a2 x2 得x2==
<0.4m
因此不能达斜面顶端,且在斜面上上升的时间为t2==
s
物块在传送带上速度达V0后还需时间t3==0.5S,再冲上斜面到斜面的最高点后以同样的加速度大小a2返回,并达到同样的速度大小V0,走过
同样的路程x2然后回到传送带上以加速度大小a1作匀减速运动,经时间t1减速至0,走过路程为x1,以后又向右作匀加速运动,重复上一过程,
周期T=2t1+2t2=s,而每个周期内走过的路程为 x0=2x1+2x2=
m
又t总=9.5s=t1+t3+3T 所以总路程 S=L+3x0=10m
答:物块不能到达斜面的顶端,物块从出发后9.5s内运动的路程为10m.
解析
解:物块放上传送带μmg=ma1 所以a1=2m/s2
当速度达时V0时t1==1s,走过的位移是x1=
=1m
接着物块以V0的速度在传送带上匀速滑行,最后以V0的速度冲上斜面,
在斜面上有mgsinβ=ma2 所以a2=gsinβ=6m/s2
由V02=2 a2 x2 得x2==
<0.4m
因此不能达斜面顶端,且在斜面上上升的时间为t2==
s
物块在传送带上速度达V0后还需时间t3==0.5S,再冲上斜面到斜面的最高点后以同样的加速度大小a2返回,并达到同样的速度大小V0,走过
同样的路程x2然后回到传送带上以加速度大小a1作匀减速运动,经时间t1减速至0,走过路程为x1,以后又向右作匀加速运动,重复上一过程,
周期T=2t1+2t2=s,而每个周期内走过的路程为 x0=2x1+2x2=
m
又t总=9.5s=t1+t3+3T 所以总路程 S=L+3x0=10m
答:物块不能到达斜面的顶端,物块从出发后9.5s内运动的路程为10m.
如图所示,绝缘长方体B置于水平面上,两端固定一对平行带电极板,极扳间形成匀强电场E,长方体B的上表面光滑,下表面与水平面的动摩擦因数μ=0.05(设最大静摩擦力与滑动摩擦力相同),B与极板的总质量mB=1.0kg.带正电的小滑块A质量mA=0.6kg,其受到的电场力大小F=1.2N.假设A所带的电量不影响极板间的电场分布.t=0时刻,小滑块A从B表面上的a点以相对地面的速度vA=1.6m/s向左运动,同时,B(连同极板)以相对地面的速度vB=0.40m/s向右运动.问(g取10m/s2)
(1)A和B刚开始运动时的加速度大小分别为多少?
(2)若A最远能到达b点,a、b的距离L应为多少?从t=0时刻到A运动到b点时,摩擦力对B做的功为多少?
正确答案
解:(1)A刚开始运动时的加速度大小方向水平向右
B受电场力F′=F=1.2N摩擦力f=μ(mA+mB)g=0.8N
B刚开始运动时的加速度大小方向水平向左
答:A的加速度大小为2.0m/s2,方向水平向右,B的加速度大小为2.0m/s2,方向水平向左.
(2)设B从开始匀减速到零的时间为t1,则有
t1时刻A的速度vA1=vA-aAt1=1.2m/s>0
A的位移
此t1时间内A相对B运动的位移s1=sA1+sB1=0.32m
w1=-f•sB1=-0.032J
t1后,由于F′>f,B开始向左作匀加速运动,A继续作匀减速运动,当它们速度相等时A、B相距最远,
设此过程运动时间为t2,它们速度为v,则有 对A:速度v=vA1-aAt2
对B:加速度
速度v=aB1t2解得:v=0.2m/s t=0.5s
t2时间内A运动的位移
B运动的位移
t2内A相对B的位移s2=sA2-sB2=0.30m摩擦力对B做功为w1=-f•sB2=-0.04J
A最远到达b点a、b的距离为L=s1+s2=0.62m
从t=0时刻到A运动到b点时,摩擦力对B做的功为 wf=w1+w2=-0.072J
答:a、b的距离L应为0.62m,摩擦力对B做的功为-0.072J.
解析
解:(1)A刚开始运动时的加速度大小方向水平向右
B受电场力F′=F=1.2N摩擦力f=μ(mA+mB)g=0.8N
B刚开始运动时的加速度大小方向水平向左
答:A的加速度大小为2.0m/s2,方向水平向右,B的加速度大小为2.0m/s2,方向水平向左.
(2)设B从开始匀减速到零的时间为t1,则有
t1时刻A的速度vA1=vA-aAt1=1.2m/s>0
A的位移
此t1时间内A相对B运动的位移s1=sA1+sB1=0.32m
w1=-f•sB1=-0.032J
t1后,由于F′>f,B开始向左作匀加速运动,A继续作匀减速运动,当它们速度相等时A、B相距最远,
设此过程运动时间为t2,它们速度为v,则有 对A:速度v=vA1-aAt2
对B:加速度
速度v=aB1t2解得:v=0.2m/s t=0.5s
t2时间内A运动的位移
B运动的位移
t2内A相对B的位移s2=sA2-sB2=0.30m摩擦力对B做功为w1=-f•sB2=-0.04J
A最远到达b点a、b的距离为L=s1+s2=0.62m
从t=0时刻到A运动到b点时,摩擦力对B做的功为 wf=w1+w2=-0.072J
答:a、b的距离L应为0.62m,摩擦力对B做的功为-0.072J.
(2015秋•阜宁县期末)如图所示,水平传送带A,B长2m,以2m/s的速度向右匀速运动,现将一物块轻放在传送带的左端A点,设小物块与传送带间的动摩擦因数为0.2,取g=10m/s2,则小物块运动至传送带右端B点所用的时间是( )
正确答案
解析
解:设运动过程中物体的加速度为a,根据牛顿第二定律得
μmg=ma
求得a=μg=2m/s2
设达到皮带速度v时发生的位移为s1,所用时间为t1,则
v2=2as1
解得:s1=1m
根据速度公式有v=at1
解得时间t1=1s
此时距离B端s2=L-s1=2m-1m=1m
接下来做匀速运动的时间t2=s
所以t=t1+t2=1.5s
故选:B
如图1所示,质量M=1kg的木板静止在粗糙的水平地面上,木板与地面间的动摩擦因数μ1=0.1,在木板的左端放置一个质量m=1kg、大小可以忽略的铁块,铁块与木板间的动摩擦因数μ2=0.4,取g=10m/s2,(假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)试求:
(1)若木板长L=1m,在铁块上加一个水平向右的恒力F=8N,经过多长时间铁块运动到木板的右端?
(2)若在木板(足够长)的右端施加一个大小从零开始连续增加的水平向左的力F,请在图2中画出铁块受到的摩擦力f随力F大小变化的图象.(写出分析过程)
正确答案
解:(1)根据牛顿第二定律得
研究铁块m:F-μ2mg=ma1
研究木板M:μ2mg-μ1(mg+Mg)=Ma2
又S铁=,
L=S铁-S板
联立解得:t=1s
(2)当F≤μ1(M+m)g=0.1×(1+1)×10N=2N时,m、M相对静止且对地静止,则铁块受到的摩擦力f=0,
当F大于2N而小于一定值时,木块和铁块一起做加速运动,M、m相对静止的最大加速度为a=μ2g=4m/s2,此时有:
F-μ1(M+m)g=(M+m)a,
铁块受到的摩擦力f=ma,
解得此时F=10N,f=μ2mg=4N,
所以当2N<F≤10N时,f从0匀速增加到4N,
当F>10N时,m相对M滑动,此时f=μ2mg=4N.
铁块受到的摩擦力f随力F大小变化的图象如图所示
答:
(1)若木板长L=1m,在铁块上加一个水平向右的恒力F=8N,经过1s时间铁块运动到木板的右端.
(2)铁块受到的摩擦力f随力F大小变化的图象如图所示.
解析
解:(1)根据牛顿第二定律得
研究铁块m:F-μ2mg=ma1
研究木板M:μ2mg-μ1(mg+Mg)=Ma2
又S铁=,
L=S铁-S板
联立解得:t=1s
(2)当F≤μ1(M+m)g=0.1×(1+1)×10N=2N时,m、M相对静止且对地静止,则铁块受到的摩擦力f=0,
当F大于2N而小于一定值时,木块和铁块一起做加速运动,M、m相对静止的最大加速度为a=μ2g=4m/s2,此时有:
F-μ1(M+m)g=(M+m)a,
铁块受到的摩擦力f=ma,
解得此时F=10N,f=μ2mg=4N,
所以当2N<F≤10N时,f从0匀速增加到4N,
当F>10N时,m相对M滑动,此时f=μ2mg=4N.
铁块受到的摩擦力f随力F大小变化的图象如图所示
答:
(1)若木板长L=1m,在铁块上加一个水平向右的恒力F=8N,经过1s时间铁块运动到木板的右端.
(2)铁块受到的摩擦力f随力F大小变化的图象如图所示.
如图所示,光滑水平面上放置质量分别为m和2m的四个木块,其中两个质量为m的木块间用一不可伸长的轻绳相连,木块间的最大静摩擦力是μmg.现用水平拉力F拉其中一个质量为2m的木块,使四个木块以同一加速度运动,则水平拉力F的最大值为( )
正确答案
解析
解:本题的关键是要想使四个木块一起加速,则任两个木块间的静摩擦力都不能超过最大静摩擦力.
设左侧两木块间的摩擦力为f1,右侧木块间摩擦力为f2;则有
对左侧下面的大木块有:f1=2ma,
对左侧小木块有:T-f1=ma;
对右侧小木块有:f2-T=ma,
对右侧大木块有:F-f2=2ma…(1)
联立可知:F=6ma…(2)
四个物体加速度相同,由以上式子可知f2一定大于f1;故f2应首先达到最大静摩擦力,由于两个接触面的最大静摩擦力最大值为μmg,所以应有:f2=μmg…(3)
联立(1)、(2)、(3)解得:T=.
则a=,所以F=6ma=
μmg.故C正确,ABD错误.
故选:C.
如图所示,抗震救灾运输机在某场地通过倾角为30°的光滑斜面卸放物资,斜面与粗糙的水平面平滑连接.现将一包装盒(可视为质点)从斜面上A点由静止释放,最终停在水平面上的C点.已知A点距水平面的高度H=0.8m,B点距C点的距离L=2.0m.(包装盒经过B点时没有能量损失,g=10m/s2),求:
(1)包装盒在运动过程中的最大速度;
(2)包装盒与水平面间的动摩擦因数μ;
(3)包装盒从A点释放后,经过时间t=1.0s时速度的大小.
正确答案
解:(1)包装盒先在斜面上做匀加速运动,然后在水平面上做匀减速运动,故包装盒运动到B点时速度最大为vm,设包装盒在斜面上运动的加速度大小为a1
根据牛顿第二定律,有
mgsin30°=ma1
根据运动学公式,有
vm2=2a1
解得:vm=4m/s
即滑块在运动过程中的最大速度为4m/s.
(2)滑块在水平面上运动的加速度大小为a2
根据牛顿第二定律,有:
μmg=ma2
根据运动学公式,有
vm2=2a2L
解得:μ=0.4
即滑块与水平面间的动摩擦因数μ为0.4.
(3)滑块在斜面上运动的时间为t1
根据运动学公式,有
vm=a1t1
得t1=0.8s
由于t>t1,
故滑块已经经过B点,做匀减速运动t-t1=0.2s
设t=1.0s时速度大小为v
根据运动学公式,有
v=vm-a2(t-t1)
解得:v=3.2m/s
滑块从A点释放后,经过时间t=1.0s时速度的大小为3.2m/s.
答:(1)包装盒在运动过程中的最大速度为4m/s;
(2)包装盒与水平面间的动摩擦因数μ为0.4;
(3)包装盒从A点释放后,经过时间t=1.0s时速度的大小3.2m/s.
解析
解:(1)包装盒先在斜面上做匀加速运动,然后在水平面上做匀减速运动,故包装盒运动到B点时速度最大为vm,设包装盒在斜面上运动的加速度大小为a1
根据牛顿第二定律,有
mgsin30°=ma1
根据运动学公式,有
vm2=2a1
解得:vm=4m/s
即滑块在运动过程中的最大速度为4m/s.
(2)滑块在水平面上运动的加速度大小为a2
根据牛顿第二定律,有:
μmg=ma2
根据运动学公式,有
vm2=2a2L
解得:μ=0.4
即滑块与水平面间的动摩擦因数μ为0.4.
(3)滑块在斜面上运动的时间为t1
根据运动学公式,有
vm=a1t1
得t1=0.8s
由于t>t1,
故滑块已经经过B点,做匀减速运动t-t1=0.2s
设t=1.0s时速度大小为v
根据运动学公式,有
v=vm-a2(t-t1)
解得:v=3.2m/s
滑块从A点释放后,经过时间t=1.0s时速度的大小为3.2m/s.
答:(1)包装盒在运动过程中的最大速度为4m/s;
(2)包装盒与水平面间的动摩擦因数μ为0.4;
(3)包装盒从A点释放后,经过时间t=1.0s时速度的大小3.2m/s.
如图所示,两木块质量分别为m和M,用劲度系数为k的轻弹簧连在一起,放在水平面上,将木块1压下一段距离后释放,它就上下振动.在振动过程中木块2刚好始终不离开地面(即它对地面的最小压力为零),求:
(1)木块1的最大加速度.
(2)木块2对地面的最大压力.
正确答案
解:(1)当弹簧处于伸长至最长状态时,2刚好对地面压力为零,故弹簧中弹力F=Mg;此时1有最大加速度,由F+mg=ma,得:
a=,
(2)由对称性,当1运动至最低点时,弹簧中弹力大小为f,但此时弹簧是处于压缩状态,根据牛顿第二定律得:f-mg=ma
即:f=m(g+a)=2mg+Mg
得:F压=f+Mg=2(m+M)g
答:(1)木块1的最大加速度为.
(2)木块2对地面的最大压力为2(m+M)g.
解析
解:(1)当弹簧处于伸长至最长状态时,2刚好对地面压力为零,故弹簧中弹力F=Mg;此时1有最大加速度,由F+mg=ma,得:
a=,
(2)由对称性,当1运动至最低点时,弹簧中弹力大小为f,但此时弹簧是处于压缩状态,根据牛顿第二定律得:f-mg=ma
即:f=m(g+a)=2mg+Mg
得:F压=f+Mg=2(m+M)g
答:(1)木块1的最大加速度为.
(2)木块2对地面的最大压力为2(m+M)g.
一质点(m=2kg)正自东向西在光滑水平面上做匀速直线运动,速度大小为2m/s,从某时刻起受到一个沿东西方向的力作用,如图,是该力随时间周期性的变化图象(从该时刻开始计时,规定向东方向为正方向)下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由牛顿第二运动定律可得在0~2s内,物体的加速度,物体速度变化量为△v1=a1△t1=4×2m/s=8m/s,故在t=2s的速度为v2=-2m/s+8m/s=6m/s,故A正确;
B、在2s~4s内,物体的加速度,物体速度变化量为△v2=a2△t2=-2×2m/s=-4m/s,物体在t=4s的速度为v4=6m/s-4m/s=2m/s,在t=4s后继续向右匀加速直线运动,故B错误;
C、在4s~6s内,物体的加速度,物体速度变化量为△v3=a3△t3=4×2m/s=8m/s,在6s~8s内,物体的加速度
,物体速度变化量为△v4=a4t4=-2×2m/s=-4m/s,故在t=8s末的速度为v8=v4+(△v3+△v4)=6m/s,故C正确,D错误.
故选:AC.
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