- 牛顿第二定律
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(2015秋•泉州校级期末)如图所示,水平地面上有两个完全相同的木块A、B,在水平推力F作用下运动,用FAB 代表A、B间相互作用力( )
正确答案
解析
解:设两木块的质量均为m.
A、B若地面是完全光滑的,对整体用牛顿第二定律得,加速度a=,再对B运用牛顿第二定律得,FAB=ma=
.故A错误,B正确.
C、D若地面动摩因数为μ,对整体用牛顿第二定律得,加速度a=,再对B运用牛顿第二定律得,FAB-μmg=ma,解得,FAB=
,故C错误,D正确.
故选:BD.
如图所示,足够长的粗糙斜面固定在地面上,某物块以初速度υ0从底端沿斜面上滑至最高点后又回到底端.上述过程中,若用x、υ、a和EK分别表示物块的位移、速度、加速度和动能各物理量的大小,t表示运动时间.下列图象中可能正确的是( )
正确答案
解析
解:A、物块向上做匀减速直线运动,向下做匀加速直线运动,据位移公式可知,位移与时间成二次函数关系;据运动学公式可知,下滑所有的时间要大于上升所用的时间,所以x-t图象应是曲线,该选项不符合题意,故A错误;
B、据牛顿第二定律可知,上滑时的加速度a1==gsinθ+μgcosθ,方向沿斜面向下;
下滑时的加速度a2=gsinθ-μgcosθ,方向沿斜面向下.知a1>a2.速度时间图线的斜率表示加速度,且由于机械能的减少,物体回到斜面底端时的速度与初速度小,故B正确.
C、因上滑过程中、下滑过程中的加速度大小均不变,且上滑时加速度大于下滑时的加速度,故加速度应该为两条水平线,故C错误.
D、据速度公式和动能公式可知,动能随时间成二次函数关系变化,而图中是一次函数关系,故D错误.
故选:B.
物体放在光滑水平面上,在水平恒力F作用下由静止开始运动,经时间t通过的位移是x.如果水平恒力变为4F,物体仍由静止开始运动,经时间t通过的位移是( )
正确答案
解析
解:当水平恒力为F时,则有
x=at2=
①
当水平恒力为4F时,则有
x′==
②
由①②得,x′=4x
故选:C.
如图,仓库中常用的皮带传输装置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,传送带与地面的倾角θ=37°,C、D两端相距l2=4.2m,B、C相距很近.水平传送带以5m/s的速度沿顺时针方向转动,现将质量为10kg的一袋大米无初速度地放在A端,它随传送带到达B端后,速度大小不变地传到倾斜送带的C端,米袋与两传送带间的动摩擦因数均为0.5(g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
(1)若CD部分传送带不运转,求米袋沿传送带在CD上所能上升的最大距离;
(2)若倾斜部分CD以4m/s的速率顺时针方向转动,求米袋从C运动到D所用的时间.
正确答案
解:(1)米袋在传送带AB上,与之有相对滑动时有:f1=μmg=ma1
a1=5m/s2
v=a1t1
解得:t1==1s
故米袋在AB传送带上先匀加速直线运动后做匀速直线运动,以5m/s冲上CD,然后匀减速至0.
a=gsinθ+μgcosθ=10m/s2
所以上升的最大距离为
(2)CD以4m/s的速率顺时针方向转动,米袋先沿斜面匀减速,a=gsinθ+μgcosθ=10m/s2
米袋速度v‘=4m/s时上滑位移为:,
时间为:,
米袋速度v'<4m/s滑动摩擦力方向改变,且mgsinθ>μmgcosθ米袋减速上滑,
加速度:a'=gsinθ-μgcosθ=2m/s2
根据匀变速运动的规律得:,
解得:,
(舍)
从C到D的时间为:t=.
答:(1)若CD部分传送带不运转,米袋沿传送带在CD上所能上升的最大距离为1.25m;
(2)若倾斜部分CD以4m/s的速率顺时针方向转动,米袋从C运动到D所用的时间为1.6s.
解析
解:(1)米袋在传送带AB上,与之有相对滑动时有:f1=μmg=ma1
a1=5m/s2
v=a1t1
解得:t1==1s
故米袋在AB传送带上先匀加速直线运动后做匀速直线运动,以5m/s冲上CD,然后匀减速至0.
a=gsinθ+μgcosθ=10m/s2
所以上升的最大距离为
(2)CD以4m/s的速率顺时针方向转动,米袋先沿斜面匀减速,a=gsinθ+μgcosθ=10m/s2
米袋速度v‘=4m/s时上滑位移为:,
时间为:,
米袋速度v'<4m/s滑动摩擦力方向改变,且mgsinθ>μmgcosθ米袋减速上滑,
加速度:a'=gsinθ-μgcosθ=2m/s2
根据匀变速运动的规律得:,
解得:,
(舍)
从C到D的时间为:t=.
答:(1)若CD部分传送带不运转,米袋沿传送带在CD上所能上升的最大距离为1.25m;
(2)若倾斜部分CD以4m/s的速率顺时针方向转动,米袋从C运动到D所用的时间为1.6s.
如图所示,质量分别为m1=4kg、m2=6kg的物体用轻质弹簧相连,用一水平力F作用在m1上,拉着它们一起沿水平地面匀速直线运动.已知弹簧原来l0=20cm,劲度系数k=6N/cm,m1、m2与地面间的动摩擦因数均为μ=0.4,g=10m/s2.求:
(1)F的大小.
(2)m1、m2的距离.
正确答案
解:(1)m1、m2受到的摩擦力分别为:
Ff1=μFN1=μm1g=0.4×4×10 N=16 N
Ff2=μFN2=μm2g=0.4×6×10 N=24 N
由平衡条件得:F=Ff1+Ff2=40 N.
(2)对m2:弹簧弹力FN=Ff2=24 N.
由FN=k(l-l0)得:
l=+l0=
cm+20 cm=24 cm.
答:(1)F大小为40N;
(2)m1、m2的距离为24cm.
解析
解:(1)m1、m2受到的摩擦力分别为:
Ff1=μFN1=μm1g=0.4×4×10 N=16 N
Ff2=μFN2=μm2g=0.4×6×10 N=24 N
由平衡条件得:F=Ff1+Ff2=40 N.
(2)对m2:弹簧弹力FN=Ff2=24 N.
由FN=k(l-l0)得:
l=+l0=
cm+20 cm=24 cm.
答:(1)F大小为40N;
(2)m1、m2的距离为24cm.
如图所示,有一长度x=1m、质量M=10kg的平板小车,静止在光滑的水平面上,在小车一端放置一质量m=4kg的小物块,物块与小车间的动摩擦因数μ=0.25,要使物块在2s内运动到小车的另一端,求作用在物块上的水平力F是多少?(g取10m/s2)
正确答案
解:小车和物块的运动情况如图所示,在物块运动到小车右端的过程中,小车发生的位移为x1,物块发生的位移为x2,取向右为正,以小车为研究对象,由牛顿第二定律得:
μmg=Ma1…①
由匀变速运动的公式得:
x1=a1t2…②
以物块为研究对象,由牛顿第二定律得:
F-μmg=ma2…③
由匀变速运动的公式得:x2=a2t2…④
由题意得:
x2-x1=x…⑤
由①②③④⑤带入数据得:F=16N
答:施加在小物块上的水平向右的拉力大小应为16N.
解析
解:小车和物块的运动情况如图所示,在物块运动到小车右端的过程中,小车发生的位移为x1,物块发生的位移为x2,取向右为正,以小车为研究对象,由牛顿第二定律得:
μmg=Ma1…①
由匀变速运动的公式得:
x1=a1t2…②
以物块为研究对象,由牛顿第二定律得:
F-μmg=ma2…③
由匀变速运动的公式得:x2=a2t2…④
由题意得:
x2-x1=x…⑤
由①②③④⑤带入数据得:F=16N
答:施加在小物块上的水平向右的拉力大小应为16N.
质量为m的木箱在粗糙的水平地面上,当用水平推力F作用在物体上时,产生的加速度为a,若作用力变为2F,而方向不变,则木箱产生的加速度一定______2a (填“大于、小于或等于”)
正确答案
大于
解析
解:当F作用在物体上时,根据牛顿第二定律有:a=,
当作用力为2F时,根据牛顿第二定律得:,可知木箱产生的加速度一定大于2a.
故答案为:大于.
如图所示,一物块位于光滑水平桌面上,用一大小为F、方向如图所示的力去推它,使它以加速度a右运动.若保持力的方向不变而增大力的大小,则( )
正确答案
解析
解:对物体受力分析,受推力F,重力G和支持力N,由于桌面光滑,没有摩擦力,将推力沿水平方向和竖直方向正交分解,故合力等于推力的水平分量,即
F合=Fcosθ(θ为力F与水平方向的夹角)
故加速度为
a==
故F越大,加速度a越大;
故选A.
为了测量两张牛皮纸之间的动摩擦因数,某同学设计了一个实验,如图所示.在长木板A的上表面和木块B的下表面贴上待测牛皮纸,调整木板与水平方向的夹角θ,使B在A上做匀速运动.(重力加速度g为已知)
(1)一次实验中,该同学使B在A上匀速下滑,测量出θ=θ0.则牛皮纸之间的动摩擦因数μ=______.
(2)在实际操作中发现,要保证木块在斜面上做匀速运动很困难,请你对这个实验加以改进,克服这一困难.
①简述你设计的改进方案:______.
②你设计的改进方案中,要添加的主要器材有:______.
③根据你改进的方案进行测量,动摩擦因数的表达式为μ=______.
正确答案
tanθ0
使木块在斜面上向下运动,用打点计时器在纸带上记录运动情况,分析纸带求出其运动的加速度,进而计算出动摩擦因数
打点计时器、电源、导线等
解析
解:(1)木块B匀速下滑,受力平衡,
则有:mgsinθ0=μmgcosθ0
解得:μ=tanθ0
(2)①使木块在斜面上向下运动,用打点计时器在纸带上记录运动情况,分析纸带求出其运动的加速度,进而计算出动摩擦因数;
②用打点计时器打出木块B向下运动时的纸带,根据纸带求出加速度,所以需要打点计时器、电源、导线等
③根据打点计时器求出B运动的加速度为a,则
mgsinθ-μmgcosθ=ma
解得:
故答案为:(1)tanθ0;
(2)①使木块在斜面上向下运动,用打点计时器在纸带上记录运动情况,分析纸带求出其运动的加速度,进而计算出动摩擦因数;
②打点计时器、电源、导线等
③
如图所示,质量为10kg的物体拴在一个被拉伸的弹簧的左端,弹簧的另一端固定在小车上,当小车不动时弹簧的弹力为5N,此时A静止在小车.当小车向右做变加速运动,其加速度由0逐渐增加到1m/S2的过程中,下列说法中正确的是( )
①物体受到的弹簧的弹力变大
②物体相对于小车仍是静止的
③物体受到的摩擦力大小不变
④物体受到的摩擦力先变后小变大,但不会超过5N.
正确答案
解析
解:物体开始时受弹力F=5N,而处于静止状态,说明受到的静摩擦力为5N,则物体的最大静摩擦力Fm≥5N.
当物体相对于小车向左恰好发生滑动时,加速度为a0=,所以加速度由0逐渐增加到1m/s2的过程中,物块A相对小车仍静止,故②正确;
因为物体A相对于小车静止,所以弹力不变.故①错误;
根据牛顿第二定律得:小车加速度由0逐渐增加到1m/s2的过程中,弹力水平向右,大小始终为5N,摩擦力方向先向右,大小为5N,然后逐渐减小,后方左向右,逐渐增大到5N,故③错误,④正确.
故选B
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