- 牛顿第二定律
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如图,质量m=2kg的木块置于光滑水平面上,在大小F=8N、方向与水平面成θ=60°夹角斜向上的拉力作用下,从静止开始沿水平面做匀加速直线运动.g取10m/s2.
(1)木块加速度的大小;
(2)3s 末木块的速度大小;
(3)在t=3s时间内木块位移的大小.
正确答案
解:(1):对物体受力分析如图所示,根据牛顿第二定律应有:Fcosθ=ma,
解得:a==2m/
;
(2):根据速度时间关系v=at可得3s末的速度为:=2×3m/s=6m/s;
(3):根据x=a
可得3s内发生的位移为:x=
;
答:(1)木块加速度的大小2m/
(2)3s 末木块的速度大小为6m/s
(3)在t=3s时间内木块位移的大小为9m.
解析
解:(1):对物体受力分析如图所示,根据牛顿第二定律应有:Fcosθ=ma,
解得:a==2m/
;
(2):根据速度时间关系v=at可得3s末的速度为:=2×3m/s=6m/s;
(3):根据x=a
可得3s内发生的位移为:x=
;
答:(1)木块加速度的大小2m/
(2)3s 末木块的速度大小为6m/s
(3)在t=3s时间内木块位移的大小为9m.
水平地面上有一质量为2kg的物体,物体在水平拉力F的作用下由静止开始运动,10s后拉力大小减为
,该物体的运动速度随时间变化的图象如图所示,则物体受到的拉力F的大小为______N;物体与地面之间的动摩擦因数______.
正确答案
8.4
0.34
解析
解:(1)在0~10s内,物体的加速度(正向)
在10~14s内,物体的加速度(反向)
由牛顿第二定律
加速过程:F-μmg=ma1①
减速过程:-μmg=ma2②
由此解得F=8.4N μ=0.34
故答案为:8.4;0.34
如图所示,空间有一垂直纸面向外的磁感应强度为0.5T的匀强磁场,一质量为0.2kg且足够长的绝缘木板静止在光滑水平面上,在木板左端无初速度放置一质量为0.1kg、电荷量q=+0.2C的滑块,滑块与绝缘木板之间的动摩擦因数为0.5,滑块受到的最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力.现对木板施加方向水平向左,大小为0.6N的恒力,g取10m/s2,求:
(1)开始时木板和滑块的加速度分别是多少?
(2)木板的最大加速度为多少?
(3)滑块的最大速度为多少?
正确答案
解:
(1)由题意知长木板的质量为M=0.2kg,滑块的质量m=0.1kg,滑块与木板间动摩擦因数μ=0.5,当F作用于长木板时,对于木板由拉力和摩擦力的合力产生加速度,对于滑动由摩擦力产生加速度,由题意知滑块与木板间的最大静摩擦力fmax=μmg,产生的最大加速度:
当F=0.6N的恒力单独对长木板产生的加速度:<amax
所以力F作用时,M和m一起匀加速运动,所以根据牛顿第二定律有开始时木板和滑块的共同加速度为:a==2m/s2
(2)对于木板进行受力分析,有F合=F-f
根据牛顿第二定律有木板的加速度:
因为F为恒力,故当f=0时,木板具有最大加速度,其值为:=3m/s2(3)滑块在木板对滑块的摩擦力作用下做加速运动,当速度最大时木板对滑块的摩擦力为0,如图对滑块进行受力分析有:
滑块受到向上的洛伦兹力,木板的支持力、重力和木板的滑动摩擦力,
根据分析知:滑动摩擦力f=μN=μ(mg-F)
F=qvB
当滑块速度最大时,f=0,即:F=mg=qVb
所以此时滑块速度v=代入数据得:v=10m/s.
答:(1)开始时木板和滑块的加速度是2m/s2
(2)木板的最大加速度为3m/s2(3)滑块的最大速度为10m/s.
解析
解:
(1)由题意知长木板的质量为M=0.2kg,滑块的质量m=0.1kg,滑块与木板间动摩擦因数μ=0.5,当F作用于长木板时,对于木板由拉力和摩擦力的合力产生加速度,对于滑动由摩擦力产生加速度,由题意知滑块与木板间的最大静摩擦力fmax=μmg,产生的最大加速度:
当F=0.6N的恒力单独对长木板产生的加速度:<amax
所以力F作用时,M和m一起匀加速运动,所以根据牛顿第二定律有开始时木板和滑块的共同加速度为:a==2m/s2
(2)对于木板进行受力分析,有F合=F-f
根据牛顿第二定律有木板的加速度:
因为F为恒力,故当f=0时,木板具有最大加速度,其值为:=3m/s2(3)滑块在木板对滑块的摩擦力作用下做加速运动,当速度最大时木板对滑块的摩擦力为0,如图对滑块进行受力分析有:
滑块受到向上的洛伦兹力,木板的支持力、重力和木板的滑动摩擦力,
根据分析知:滑动摩擦力f=μN=μ(mg-F)
F=qvB
当滑块速度最大时,f=0,即:F=mg=qVb
所以此时滑块速度v=代入数据得:v=10m/s.
答:(1)开始时木板和滑块的加速度是2m/s2
(2)木板的最大加速度为3m/s2(3)滑块的最大速度为10m/s.
如图所示,将完全相同的两小球A、B,用长L=0.8m的细绳悬于以v=4m/s向左匀速运动的小车顶部,两球与小车前后壁接触.由于某种原因,小车突然停止,此时悬线中张力之比FB:FA为(g=10m/s2)( )
正确答案
解析
解:设小球的质量都是m,对A球有:FA-mg=m
FA=mg+m=10m+20m=30m.
对B球有:FB=mg=10m.
所以FA:FB=3:1.
故选:C
如图所示,质量为m2的物体2放在正沿平直轨道向右行驶的车厢底板上,并用竖直细绳通过光滑定滑轮连接质量为ml的物体,与物体l相连接的绳与竖直方向成θ角,则( )
正确答案
解析
解:A、B以物体1为研究对象,分析受力情况如图2:重力m1g和拉力T,根据牛顿第二定律得
m1gtanθ=m1a,得a=gtanθ,则车厢的加速度也为gtanθ.
T=.故A正确,B错误.
C、D对物体2研究,分析受力如图1,根据牛顿第二定律得:
m2g-T=m2g-,f=m2a=m2gtanθ.故C错误,D正确.
故选:AD
如图是利用传送带装运煤块的示意图.其中,传送带长20m,倾角θ=37°,煤块与传送带间的动摩擦因数μ=0.8,传送带的主动轮和从动轮半径相等,主动轮轴顶端与运煤车底板间的竖直高度H=1.8m,与运煤车车箱中心的水平距离x=1.2m.现在传送带底端由静止释放一些煤块(可视为质点),煤块在传送带的作用下先做匀加速直线运动,后与传送带一起做匀速运动,到达主动轮时随轮一起匀速转动.要使煤块在轮的最高点水平抛出并落在车箱中心,取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,求:
(l)传送带匀速运动的速度v及主动轮和从动轮的半径R
(2)煤块在传送带上由静止开始加速至落到车底板所经过的时间T.
正确答案
解:(l)由平抛运动的公式,得x=vt
代入数据解得v=2m/s
要使煤块在轮的最高点做平抛运动,则煤块到达轮的最高点时对轮的压力为零,由牛顿第二定律,得
代入数据得R=0.4m
故传送带匀速运动的速度v为2m/s,从动轮的半径R为0.4m.
(2)由牛顿第二定律F=ma得
=0.4m/s2
由v=v0+at得
=5s
s= S=5m t1=
=7.5s
下落时需要t2=0.6s.
故总共的时间T=t+t1+t2=13.1s.
故煤块在传送带上由静止开始加速至落到车底板所经过的时间T为13.1s.
解析
解:(l)由平抛运动的公式,得x=vt
代入数据解得v=2m/s
要使煤块在轮的最高点做平抛运动,则煤块到达轮的最高点时对轮的压力为零,由牛顿第二定律,得
代入数据得R=0.4m
故传送带匀速运动的速度v为2m/s,从动轮的半径R为0.4m.
(2)由牛顿第二定律F=ma得
=0.4m/s2
由v=v0+at得
=5s
s= S=5m t1=
=7.5s
下落时需要t2=0.6s.
故总共的时间T=t+t1+t2=13.1s.
故煤块在传送带上由静止开始加速至落到车底板所经过的时间T为13.1s.
一个初速度是2m/s,质量是4kg的运动物体,在受到方向跟初速度方向相同、大小恒为20N的合外力作用下做匀加速运动,求:
(1)运动2s末物体达到的瞬时速度大小;
(2)前4s内物体运动的位移大小.
正确答案
解:(1)由牛顿第二定律
F=ma
匀变速直线运动
v=v0+at
联立解得:2s末速度v=12m/s;
(2)前4s内位移s=v0t+
解得s=48m
答:(1)运动2s末物体达到的瞬时速度大小为12m/s;
(2)前4s内物体运动的位移大小48m.
解析
解:(1)由牛顿第二定律
F=ma
匀变速直线运动
v=v0+at
联立解得:2s末速度v=12m/s;
(2)前4s内位移s=v0t+
解得s=48m
答:(1)运动2s末物体达到的瞬时速度大小为12m/s;
(2)前4s内物体运动的位移大小48m.
如图,将小砝码置于桌面上的薄纸板上,用水平向右的拉力将纸板迅速抽出,砝码的移动很小.这就是大家熟悉的惯性演示实验.若砝码和纸板的质量分别为M和m.各接触面间的动摩擦因数均为μ,砝码与纸板左端的距离及桌面右端的距离均为d.现用水平向右的恒定拉力F拉动纸板,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、对纸板分析,当纸板相对砝码运动时,所受的摩擦力μ(M+m)g+μMg,故A错误.
B、设砝码的加速度为a1,纸板的加速度为a2,
则有:f1=Ma1,F-f1-f2=ma2
发生相对运动需要a2>a1
代入数据解得:F>2μ(M+m)g,故B正确.
C、若砝码与纸板分离时的速度小于,砝码匀加速运动的位移小于
,匀减速运动的位移小于
,则总位移小于d,不会从桌面掉下,故C正确.
D、当F=μ(2M+3m)g时,砝码未脱离时的加速度a1=μg,纸板的加速度=2μg,根据
,解得t=
,则 此时砝码的速度
,砝码脱离纸板后做匀减速运动,匀减速运动的加速度大小a′=μg,则匀减速运动的位移
,而匀加速运动的位移
,可知砝码离开桌面,故D错误.
故选:BC.
一质量为M的物块在斜角为α的固定粗糙斜面上以加速度a做匀加速运动,现在物体M上再加一质量为m的物体,二者一起以加速度a1做匀加速运动,如果是对M施加一个力F,其大小为F=mg,M物体的加速度为a2,则关于a,a1,a2的大小关系正确的是 ( )
正确答案
解析
解:未加F时,物体受重力、支持力和摩擦力,根据牛顿第二定律有:=gsinα-μgcosα
当在M上加一个质量为m的物体时,根据牛顿第二定律有:
当施加F后,加速度.因为gsinθ>μgcosθ,所以Fsinθ>μFcosθ,可见a2>a
所以可得:a=a1<a2
故AD正确,BC错误.
故选:AD.
如图1所示,倾角为θ的足够长传送带以恒定的速率v0沿逆时针方向运行.t=0时,将质量m=1kg的小物块(可视为质点)轻放在传送带上,物块速度随时间变化的图象如图2所示.设沿传送带向下为正方向,取重力加速度g=10m/s2.则( )
正确答案
解析
解:A、开始物块相对于传送带向后滑动,物块受到的摩擦力平行于传送带向下,当物块受到大于传送带速度后,物块受到的摩擦力方向平行于传送带向上,故A错误;B、由图2所示图象可知,1~2s内,物块的加速度a′==
=2m/s2,故B正确;
C、由图2所示图象可知,在0~1s内物块的加速度a==
=10m/s2,由牛顿第二定律得:mgsinθ+μmgcosθ=ma,在1~2s内,由牛顿第二定律得:mgsinθ-μmgcosθ=ma′,解得:μ=0.5,θ=37°,故C错误,D正确;
故选:BD.
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