- 牛顿第二定律
- 共12933题
如图所示,一个质量为M的长圆管竖直放置,顶端塞有一个质量为m的弹性小球,M=4m,球和管间的滑动摩擦力和最大静摩擦力大小均为4mg,管从下端离地面距离为H处自由落下,运动过程中,管始终保持竖直,每次落地后向上弹起的速度与落地时速度大小相等,不计空气阻力,重力加速度为g.求:
(1)管第一次落地时管和球的速度;
(2)管第一次落地弹起时管和球的加速度;
(3)管第一次落地弹起后,若球恰好没有从管口滑出,则此时管的下端距地面的高度.
正确答案
解:(1)取竖直向下为正方向.球与管第一次碰地时速度,方向向下.
(2)管第一次落地弹起时,管的加速度,方向向下,
球的加速度,方向向上,
(3)球的速度,方向向下
若球刚好没有从管中滑出,设经过时间t1,球管速度v相同,则有-v1+a1t1=v2-a2t1
管从碰地到它弹到最高点所需时间t2,则:因为t1<t2,说明管在达到最高点前,球与管相对静止,故管从弹起经t1这段时间上升的高度为所求.得
答:(1)管第一次弹起时刻的速率为;
(2)管第一次落地弹起时管和球的加速度分别为2g,3g;
(3)管第一次落地弹起后,若球没有从管中滑出,则球与管达到相同速度时,管的下端距地面的高度为;
解析
解:(1)取竖直向下为正方向.球与管第一次碰地时速度,方向向下.
(2)管第一次落地弹起时,管的加速度,方向向下,
球的加速度,方向向上,
(3)球的速度,方向向下
若球刚好没有从管中滑出,设经过时间t1,球管速度v相同,则有-v1+a1t1=v2-a2t1
管从碰地到它弹到最高点所需时间t2,则:因为t1<t2,说明管在达到最高点前,球与管相对静止,故管从弹起经t1这段时间上升的高度为所求.得
答:(1)管第一次弹起时刻的速率为;
(2)管第一次落地弹起时管和球的加速度分别为2g,3g;
(3)管第一次落地弹起后,若球没有从管中滑出,则球与管达到相同速度时,管的下端距地面的高度为;
(2015秋•南昌校级月考)某人在以加速度a=2m/s2 的匀减速下降的升降机中最多能举起80kg的物体,则此人在地面上最多可举起______kg的物体.(g=10m/s2 )
正确答案
解:匀减速下降时,加速度向上,合外力向上;设人对物体施加的力为F,
由牛顿第二定律可知 F-mg=ma
则 F=mg+ma=80×10+80×2N=960N
在地面上最多能承受的物体重力与F相等即:mg=F
m==
kg=96kg
故答案为:96.
解析
解:匀减速下降时,加速度向上,合外力向上;设人对物体施加的力为F,
由牛顿第二定律可知 F-mg=ma
则 F=mg+ma=80×10+80×2N=960N
在地面上最多能承受的物体重力与F相等即:mg=F
m==
kg=96kg
故答案为:96.
如图,吊篮A、物体B、物体C的质量相等,弹簧质量不计,B和C分别固定在弹簧两端,放在吊篮的水平底板上静止不动,将悬挂吊篮的轻绳剪断的瞬间,下列结论正确的是( )
正确答案
解析
解:B、物体B受重力和支持力,弹簧的弹力不能突变,在细绳剪断瞬间,B受到的弹力与重力相等,所受合力为零,由牛顿第二定律可知,其加速度:aB=0;故B错误;
A、C、D、C与A相对静止,将C、A看作一个整体,受重力和弹簧的压力,弹簧的压力等于B物体的重力mg,A、C组成的系统,由牛顿第二定律得:
a==
即A、C的加速度都是,故C正确,AD错误;
故选:C.
如图所示,水平桌面上有一薄木板,它的右端与桌面的右端相齐.薄木板的质量M=1.0kg,长度L=1.0m.在薄木板的中央有一个小滑块(可视为质点),质量m=0.5kg.小滑块与薄木板之间的动摩擦因数μ1=0.10,小滑块、薄木板与桌面之间的动摩擦因数相等,皆为μ2=0.20.设小滑块与薄木板之间的滑动摩擦力等于它们之间的最大静摩擦力.某时刻起对薄木板施加一个向右的拉力使木板向右运动.求:
(1)当外力F=3.5N时,m与M的加速度各为多大?
(2)若使小滑块与木板之间发生相对滑动,拉力F至少是多大?
(3)若使小滑块脱离木板但不离开桌面,求拉力F应满足的条件.
正确答案
解:(1)设小滑块与薄木板刚好发生相对滑动时,
小滑块的加速度为a1,薄木板的加速度为a2,
根据牛顿第二定律有:
对滑块:μ1mg=ma1
对木板:F临界-μ1mg-μ2(m+M)g=Ma2
且有:a1=a2,解得:F临界=4.5N,
由于:F=3.5N<F临界=4.5N,
M、m相对静止,它们一起做匀加速直线运动,
由牛顿第二定律可知,加速度:a==
m/s2;
(2)由(1)可知,使小滑块与木板之间发生相对滑动的临界拉力:
F临界=4.5N,则拉力至少为4.5N;
(3)设小滑块脱离薄木板时的速度为v,时间为t,
在桌面上滑动的加速度为a3,小滑块脱离木板前,
薄木板的加速度为a4,空间位置变化如图所示,
则滑块的速度:v=a1t,
对滑块,由牛顿第二定律得:μ2mg=ma3,
位移:x1=,x2=
,
由几何关系得:x1+x2=L,
木板的位移:L+
=
a4t2,
根据牛顿第二定律,对木板:F2-μ1mg-μ3(m+M)g=Ma4
解得:F2=6N,要使小滑块脱离薄木板但不离开桌面,拉力F≥6N;
答:(1)当外力F=3.5N时,m与M的加速度都是m/s2;
(2)若使小滑块与木板之间发生相对滑动,拉力F至少是4.5N;
(3)若使小滑块脱离木板但不离开桌面,拉力F应满足的条件是:F≥6N.
解析
解:(1)设小滑块与薄木板刚好发生相对滑动时,
小滑块的加速度为a1,薄木板的加速度为a2,
根据牛顿第二定律有:
对滑块:μ1mg=ma1
对木板:F临界-μ1mg-μ2(m+M)g=Ma2
且有:a1=a2,解得:F临界=4.5N,
由于:F=3.5N<F临界=4.5N,
M、m相对静止,它们一起做匀加速直线运动,
由牛顿第二定律可知,加速度:a==
m/s2;
(2)由(1)可知,使小滑块与木板之间发生相对滑动的临界拉力:
F临界=4.5N,则拉力至少为4.5N;
(3)设小滑块脱离薄木板时的速度为v,时间为t,
在桌面上滑动的加速度为a3,小滑块脱离木板前,
薄木板的加速度为a4,空间位置变化如图所示,
则滑块的速度:v=a1t,
对滑块,由牛顿第二定律得:μ2mg=ma3,
位移:x1=,x2=
,
由几何关系得:x1+x2=L,
木板的位移:L+
=
a4t2,
根据牛顿第二定律,对木板:F2-μ1mg-μ3(m+M)g=Ma4
解得:F2=6N,要使小滑块脱离薄木板但不离开桌面,拉力F≥6N;
答:(1)当外力F=3.5N时,m与M的加速度都是m/s2;
(2)若使小滑块与木板之间发生相对滑动,拉力F至少是4.5N;
(3)若使小滑块脱离木板但不离开桌面,拉力F应满足的条件是:F≥6N.
如图所示,质量分别为mA=3kg,mB=1kg的物块A、B置于足够长的水平面上,在F=11N的水平推力作用下,一起由静止开始向右做匀加速运动,己知A、B与水平面间的动摩擦因数分别为μA=0.2、μB=0.1,取g=10m/s2.求:
(1)物块A、B一起做匀加速运动的加速度;
(2)物块A对物块B的作用力大小;
(3)水平推力F作用4秒后立即撤去,求撤去推力后两物块最终停止后相互间的距离.
正确答案
解:(1)设物块A、B一起做匀加速运动的加速度为a,则有:
F-μAmAg-μBmBg=(mA+mB)a
代入数据解得:a=1m/s2
方向与力F的方向相同,即方向水平向右
(2)设物块A对物块B的作用力大小为F′,则有:F′-μBmBg=mBa
代入数据解得:F′=2N
(3)撤去水平力F时的速度为:v=at=4m/s,
物块A、B都做匀减速运动,有:
μAmAg=mAaA,
μBmBg=mBaB
代入数据解得:aA=2 m/s2
aB=1m/s2
两物块最终停止后相互间的距离为:△x=
答:(1)物块A、B一起做匀加速运动的加速度是1m/s2,方向水平向右;
(2)物块A对物块B的作用力大小是2N;
(3)撤去推力后两物块最终停止后相互间的距离是4m.
解析
解:(1)设物块A、B一起做匀加速运动的加速度为a,则有:
F-μAmAg-μBmBg=(mA+mB)a
代入数据解得:a=1m/s2
方向与力F的方向相同,即方向水平向右
(2)设物块A对物块B的作用力大小为F′,则有:F′-μBmBg=mBa
代入数据解得:F′=2N
(3)撤去水平力F时的速度为:v=at=4m/s,
物块A、B都做匀减速运动,有:
μAmAg=mAaA,
μBmBg=mBaB
代入数据解得:aA=2 m/s2
aB=1m/s2
两物块最终停止后相互间的距离为:△x=
答:(1)物块A、B一起做匀加速运动的加速度是1m/s2,方向水平向右;
(2)物块A对物块B的作用力大小是2N;
(3)撤去推力后两物块最终停止后相互间的距离是4m.
如图所示,球A、B、C质量分别为m、2m、3m,用两个弹簧和一个细线连接,悬挂起来,并处于静止状态.当某时刻细线突然断了,则此时A、B、C球的加速度大小分别是______、______、______.(重力加速度用g表示)
正确答案
5g
2.5g
0
解析
解:悬线剪断前,对C分析可知,弹簧对C的作用力为3mg;
以BC为研究对象可知:悬线的拉力为:F=3mg+2mg=5mg;
以ABC为研究对象可知,弹簧对A的拉力为5mg;
剪断悬线瞬间,弹簧的弹力不变,对C分析可知,C受力不变;故C的加速度为零;
对B分析可知,B受绳子的拉力消失,合外力为:FB=3mg+2mg=5mg;
故加速度aB==2.5g;
对A分析可知,A受合力为为5mg;
故加速度aA==5g;
故答案为:5g,2.5g,0.
如图甲.某人正通过定滑轮将质最为m的货物提升到高处,滑轮的质最和摩擦均不计,货物获得的加速度a与绳子对货物竖直向上的拉力T之问的函数关系如图乙所示.由图可以判断力F作用前相比,物块对斜面的摩挤)J次刹面对地面的摩披力的变化悄祝分别是
①图线与纵轴的交点,M的值aM=-g.
②图线与横轴的交点N的值TN=mg.
③图线的斜率等于物体的质量m
④图线的斜率等于物体质量的倒数1/m
以上判断正确的是( )
正确答案
解析
解:对货物受力分析,受重力mg和拉力T,根据牛顿第二定律,有
T-mg=ma 得a=-g
根据加速度与拉力T的关系图象得:
①当T=0时,a=-g,即图线与纵轴的交点M的值aM=-g,故①正确;
②当a=0时,T=mg,故图线与横轴的交点N的值TN=mg,故②正确;
③④图线的斜率表示质量的倒数等于,故③错误,④正确;
故选D.
如图,A、B是两个质量均为m=1kg的小球,两球由长L=4m的轻杆相连组成系统.水平面上的P、Q两点间是一段长度为S=4.5m粗糙平面,其余部分表面光滑,球A、B与PQ段间的动摩擦因数均为μ=0.2.最初A和B分别静止在P点两侧,离P点的距离均为
.球可视为质点,不计轻杆质量.现对B球施加一水平向右F=4N的拉力,取g=10m/s2,求:
(1)A球经过P点时系统的速度大小;
(2)若当A球经过P点时立即撤去F,最后A、B球静止,A球静止时与Q点的距离.
正确答案
解:(1)系设统开始运动时加速度为a1,由牛顿第二定律有
F-μmg=2ma1
解得 a1=1m/s2
设A球经过p点时速度为v1,则
v12=2a1()
得 v1=2m/s
(2)设A、B在P、Q间做匀减速运动时加速度大小为a2,则有 2μmg=2ma2
a2=μg=2m/s2
当A球经过p点时拉力F撤去,但系统将继续滑行,设当B到达Q时滑行的距离为x1,速度为v2,则有 x1=xPQ-L=0.5m
由 v22-v12=-2a2x1
解得 v2=m/s
因为v2>0,故知B球将通过Q点,做匀减速直线运动,此时加速度大小为a3.
则有μmg=2ma3
a3=1m/s2
设系统继续滑行x2后静止,则有0-v22=-2a3x2
可得 x2=1m
即A球静止时与Q点的距离△x=xPQ-x1-x2=3m
答:(1)A球经过p点时系统的速度大小为2m/s;(2)A球静止时与Q点的距离为3m.
解析
解:(1)系设统开始运动时加速度为a1,由牛顿第二定律有
F-μmg=2ma1
解得 a1=1m/s2
设A球经过p点时速度为v1,则
v12=2a1()
得 v1=2m/s
(2)设A、B在P、Q间做匀减速运动时加速度大小为a2,则有 2μmg=2ma2
a2=μg=2m/s2
当A球经过p点时拉力F撤去,但系统将继续滑行,设当B到达Q时滑行的距离为x1,速度为v2,则有 x1=xPQ-L=0.5m
由 v22-v12=-2a2x1
解得 v2=m/s
因为v2>0,故知B球将通过Q点,做匀减速直线运动,此时加速度大小为a3.
则有μmg=2ma3
a3=1m/s2
设系统继续滑行x2后静止,则有0-v22=-2a3x2
可得 x2=1m
即A球静止时与Q点的距离△x=xPQ-x1-x2=3m
答:(1)A球经过p点时系统的速度大小为2m/s;(2)A球静止时与Q点的距离为3m.
如图所示,细线的一端固定于倾角为45°的光滑楔形滑块A的顶端P处,细线的另一端拴一质量为m的小球,当滑块至少以加速度a=______向左运动时,小球对滑块的压力等于零.当滑块以a=2g的加速度向左运动时,线的拉力大小F=______.
正确答案
g
mg
解析
解:(1)对物体进行受力分析,如图所示:
由图知,F合=mg
故a=g
(2)由上图得,当a=2g时,
F合=ma=2mg
由勾股定理得:
F==
mg
答案为:g、mg.
如图所示为粮食仓库中常用的皮带传输装置示意图,它由两台皮带传送机组成,一台水平传送,A、B两端相距L1=3m;另一台倾斜传送,传送带与地面间的倾角θ=37°,C、D两端相距L2=4.45m,B、C相距很近.水平传送带以v0=5m/s沿顺时针方向转动.现将质量为m=10kg的一袋大米无初速度的放在A端,它随传送带到达B点后,速度大小不变的传到倾斜传送带的C端.米袋与两传送带之间的动摩擦因素均为μ=0.5,取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8
(1)若倾斜传送带CD不转动,则米袋沿传送带CD所能上滑的最大距离是多少?
(2)若倾斜传送带CD以v=4m/s的速率沿顺时针方向转动,则米袋从C端运动到D端的时间为多少?
正确答案
解:(1)米袋在AB在滑动摩擦力作用下产生的加速度为
米袋在滑动摩擦力作用下速度增加到v0=5m/s时滑过的距离
故米袋先加速一段时间后再与传送带一起匀速运动,到达才C端速度为v0=5m/s
设米袋在CD传送带上受重力、支持力和沿传送带向下的滑动摩擦力共同作用下产生的加速度大小为a,据牛顿第二定律有:
=10×0.6+0.5×10×0.8m/s2=10m/s2
物体在CD上做匀减速直线运动,故上滑的最大距离
(2)CD顺时针转动时,米袋速度减为v=4m/s之前,滑动摩擦沿传送带向下,根据牛顿第二定律有:
米袋产生加速度的大小为
代入数据得
因为米袋做匀减速直线运动,故此时米袋上滑的距离
当米袋速度达到v=4m/s后,由于μmgcosθ<mgsinθ,米袋继续减速上滑,但因米袋速度小于传送带速度,故滑动摩擦力沿传送带向上
故由牛顿第二定律得物体继续做匀减速直线运动的加速度大小为:
代入数据得
因为米袋做匀减速直线运动,当米袋速度减到0时,米袋上滑的距离
又因为x1+x2=4.45m=L2,即米袋速度为零时米袋刚好到达D端
根据运动学规律可知,米袋从C到D共经历的时间t=
答:CD能沿传送带上滑的最大距离为1.25m;若倾斜传送带CD以v=4m/s的速率沿顺时针方向转动,则米袋从C端运动到D端的时间为2.1s.
解析
解:(1)米袋在AB在滑动摩擦力作用下产生的加速度为
米袋在滑动摩擦力作用下速度增加到v0=5m/s时滑过的距离
故米袋先加速一段时间后再与传送带一起匀速运动,到达才C端速度为v0=5m/s
设米袋在CD传送带上受重力、支持力和沿传送带向下的滑动摩擦力共同作用下产生的加速度大小为a,据牛顿第二定律有:
=10×0.6+0.5×10×0.8m/s2=10m/s2
物体在CD上做匀减速直线运动,故上滑的最大距离
(2)CD顺时针转动时,米袋速度减为v=4m/s之前,滑动摩擦沿传送带向下,根据牛顿第二定律有:
米袋产生加速度的大小为
代入数据得
因为米袋做匀减速直线运动,故此时米袋上滑的距离
当米袋速度达到v=4m/s后,由于μmgcosθ<mgsinθ,米袋继续减速上滑,但因米袋速度小于传送带速度,故滑动摩擦力沿传送带向上
故由牛顿第二定律得物体继续做匀减速直线运动的加速度大小为:
代入数据得
因为米袋做匀减速直线运动,当米袋速度减到0时,米袋上滑的距离
又因为x1+x2=4.45m=L2,即米袋速度为零时米袋刚好到达D端
根据运动学规律可知,米袋从C到D共经历的时间t=
答:CD能沿传送带上滑的最大距离为1.25m;若倾斜传送带CD以v=4m/s的速率沿顺时针方向转动,则米袋从C端运动到D端的时间为2.1s.
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