- 牛顿第二定律
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为研究钢球在某液体中运动时受到的阻力大小,设计了如图实验:让钢球从某一高度竖直落下进入液体中运动,用闪光照相机拍摄钢球在不同时刻的位置,如图.已知钢球在该液体中运动时受到的阻力F与速度大小v的关系为F=k v2(k为阻力常数),闪光照相机相邻两次闪光的时间间隔均为T,图中刻度尺的最小分度为x,钢球质量为m,可看作质点,则阻力常数k=______.
正确答案
解析
解:钢球做匀速运动时的速度为:v=,
匀速运动时有:mg=kv2,
解得:k=.
故答案为:.
水平面上的二个质点小物体,相距为L、质量不相等,它们以相同的初速度从图示位置开始向右沿同一直线运动,设它们最后都停止运动时的距离为s,则( )
正确答案
解析
解:根据牛顿第二定律得,物块进入粗糙水平面的加速度a==
,知若动摩擦因素相同,两物块的加速度相等,与质量的大小无关.又进入粗糙水平面的初速度相同,末速度都为零,根据运动学公式
,知两物块在粗糙平面上运行的位移x相等.
A、B、假如图中B点左侧是光滑的、右侧与二物体间的动摩擦因素相同,则两个物体在B点的右侧的位移的大小相等,则s=0.故A错误,B错误;
C、D、若整个水平面都是均匀粗糙的、且与二物体间的动摩擦因素相同,两物块在粗糙平面上运行的位移x相等,则s=L故C错误,D正确.
故选:D.
如图所示,质量为m的物体位于水平面上,在与水平面成θ角的斜向下的推力F作用下做匀速直线运动,物体与水平面间的摩擦因数为,求推力的大小(要求画受力分析图)
正确答案
解:物体的受力分析如图所示,在水平方向上有:Fcosθ=f,
竖直方向上有:N=mg+Fsinθ,
f=μN,
联立解得F=.
答:推力的大小为.
解析
解:物体的受力分析如图所示,在水平方向上有:Fcosθ=f,
竖直方向上有:N=mg+Fsinθ,
f=μN,
联立解得F=.
答:推力的大小为.
如图甲所示,质量为1.0kg的物体置于固定斜面上,斜面的倾角θ=30°,对物体施以平行于斜面向上的拉力F,t=1.0s后将拉力撤去,物体运动的v-t图象如图乙(设斜向上为正,g=10m/s2),试求:
(1)拉力F的大小;
(2)物块与斜面的动摩擦因数为μ.
正确答案
解:由图象得:拉力撤去前物体的加速度大小为 a1=;撤去拉力后的加速度大小为 a2=
=6m/s2,根据牛顿第二定律得:
拉力撤去前:F-mgsinθ-μmgcosθ=ma1 ①
拉力撤去后:mgsinθ+μmgcosθ=ma2 ②
由②得:μ==
=
代入①解得,F=18N
答:
(1)拉力 F 的大小是18N;
(2)物块与斜面的动摩擦因数为=.
解析
解:由图象得:拉力撤去前物体的加速度大小为 a1=;撤去拉力后的加速度大小为 a2=
=6m/s2,根据牛顿第二定律得:
拉力撤去前:F-mgsinθ-μmgcosθ=ma1 ①
拉力撤去后:mgsinθ+μmgcosθ=ma2 ②
由②得:μ==
=
代入①解得,F=18N
答:
(1)拉力 F 的大小是18N;
(2)物块与斜面的动摩擦因数为=.
如图甲所示为车站使用的水平传送带的模型、它的水平传送带的长度为L=8m,传送带的皮带轮的半径均为R=0.2m,传送带的上部距地面的高度为h=0.45m,现有一个旅行包(视为质点)以速度v0=10m/s的初速度水平地滑上水平传送带.已知旅行包与皮带之间的动摩擦因数为μ=0.6,皮带轮与皮带之间始终不打滑.g取10m/s2.讨论下列问题.
(1)若传送带静止,旅行包滑到B点时,人若没有及时取下,旅行包将从B端滑落,则包的落地点距B端的水平距离为多少?
(2)设皮带轮顺时针匀速转动,若皮带轮的角速度ω1=40rad/s,旅行包落地点距B端的水平距离又为多少?
(3)设皮带轮以不同的角速度顺时针匀速转动,在图乙中画出旅行包落地点距B端的水平距离x随皮带轮的角速率ω变化的图象.(只需画出图象,不要求写出计算过程)
正确答案
解:(1)旅行包做匀减速运动,ma=μmg
a=6m/s2
旅行包到达B端速度为
v==2m/s
旅行包离开传送带后做平抛运动,则有:
包从B点到落地点的时间t=
包的落地点距B端的水平距离为s=vt
解得:s=0.6m
(2)当ω1=40rad/s时,皮带速度为v1=ω1R=8m/s
当旅行包速度也为v1=8m/s时,在皮带上运动了位移s=
解得:s=3m<8m(1分以后旅行包作匀速直线运动,所以旅行包到达B端的速度也为v1=8m/s)
包的落地点距B端的水平距离为s1=v1t
解得:s1=2.4m
(3)皮带轮顺时针匀速转动,若v皮≤2m/s
则旅行包一直做匀减速运动,到达B点的速度为2m/s,
皮带轮的临界角速度为
ω==
rad/s=10rad/s
所以当ω≤10rad/s时,旅行包落地点距B端的水平距离S总是0.6m,
若物体在传送带上一直做匀加速直线运动,则根据位移-速度公式得:
2as=v2-v02
解得:v=14m/s
即要求v皮≥14m/s,ω==70rad/s
此时物体到达B点的速度为14m/s
s=vt=14×0.3m=4.2m
所以当ω≥70rad/s时,旅行包落地点距B端的水平距离S总是4.2m,
若2m/s<v皮<14m/s时,旅行包先减速运动,速度与传送带相同时做匀速直线运动,
最终速度与传送带速度相同,所以v=ωr
s=vt=0.06ω,图象是一条倾斜的直线
所以画出的图象如图所示.
答:①.包的落地点距B端的水平距离是0.6m;
②.设皮带轮顺时针匀速运动,且皮带轮的角速度ω1=40rad/s,旅行包落地点距B端的水平距离是2.4m;
③.图象如图所示.
解析
解:(1)旅行包做匀减速运动,ma=μmg
a=6m/s2
旅行包到达B端速度为
v==2m/s
旅行包离开传送带后做平抛运动,则有:
包从B点到落地点的时间t=
包的落地点距B端的水平距离为s=vt
解得:s=0.6m
(2)当ω1=40rad/s时,皮带速度为v1=ω1R=8m/s
当旅行包速度也为v1=8m/s时,在皮带上运动了位移s=
解得:s=3m<8m(1分以后旅行包作匀速直线运动,所以旅行包到达B端的速度也为v1=8m/s)
包的落地点距B端的水平距离为s1=v1t
解得:s1=2.4m
(3)皮带轮顺时针匀速转动,若v皮≤2m/s
则旅行包一直做匀减速运动,到达B点的速度为2m/s,
皮带轮的临界角速度为
ω==
rad/s=10rad/s
所以当ω≤10rad/s时,旅行包落地点距B端的水平距离S总是0.6m,
若物体在传送带上一直做匀加速直线运动,则根据位移-速度公式得:
2as=v2-v02
解得:v=14m/s
即要求v皮≥14m/s,ω==70rad/s
此时物体到达B点的速度为14m/s
s=vt=14×0.3m=4.2m
所以当ω≥70rad/s时,旅行包落地点距B端的水平距离S总是4.2m,
若2m/s<v皮<14m/s时,旅行包先减速运动,速度与传送带相同时做匀速直线运动,
最终速度与传送带速度相同,所以v=ωr
s=vt=0.06ω,图象是一条倾斜的直线
所以画出的图象如图所示.
答:①.包的落地点距B端的水平距离是0.6m;
②.设皮带轮顺时针匀速运动,且皮带轮的角速度ω1=40rad/s,旅行包落地点距B端的水平距离是2.4m;
③.图象如图所示.
如图所示,白色传送带保持v0=10m/s的速度逆时针转动,现将一质量为0.4kg的煤块轻放在传送带的A端,煤块与传送带间动摩擦因数μ=0.5,传送带AB两端距离x=16m,传送带倾角为37°,(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)( )
正确答案
解析
解:A、煤块刚放上传送带时的加速度大小为:=gsin37°+μgcos37°=6+0.5×8m/s2=10m/s2,
则煤块速度达到传送带速度的时间为:,
位移为:,
煤块速度达到传送带速度后的加速度为:=gsin37°-μgcos37°=6-4m/s2=2m/s2,
根据代入数据解得:t2=1s,
则煤块从A端运动到B端所经历的时间为:t=t1+t2=2s,故A正确.
B、物块速度达到传送带时,相对位移大小△x1=v0t1-x1=10-5m=5m,物块速度达到传送带后相对位移的大小△x2=x-x1-v0t2=11-10×1m=1m,则相对位移的大小△x=△x1-△x2=5-1m=4m,故B错误.
C、留下的痕迹长度△x′=△x1=5m,故C正确.
D、摩擦产生的热量Q=μmgcos37°△x1+μmgcos37°△x2=0.5×4×0.8×5+0.5×4×0.8×1J=9.6J,故D错误.
故选:AC.
如图所示,一块质量为M的匀质板放在足够长的光滑水平桌面上,初始时速度为零.板的左端有一个质量为m的物块,物块与板间的动摩擦因数为μ,物块上连接一根足够长的细绳,细绳跨过位于桌面边缘的定滑轮,某人以恒定速度v向下匀速拉绳,绳子对物块的拉力保持水平,物块最多只能向右到达板的中点,且此时板的右端尚未到达桌边的定滑轮. 求:
(1)物块与匀质板相对滑动的过程中,物块受到板的摩擦力和板运动的加速度;
(2)若物块在板左端时,给板一个水平向左的初速度v′,为使板与物块能脱离,v′应满足的条件.
正确答案
解:(1)由于物块做匀速运动,则物块受到匀质板的摩擦力大小:f=μmg
方向水平向左.
匀质板受到物块的摩擦力水平向右,大小:F=f=μmg
设匀质板运动的加速度大小为a,由牛顿第二定律有:F=Ma
则:,方向水平向右.
故物块受到板的摩擦力为:F=f=μmg,加速度大小为:,方向水平向右.
(2)原来情形两者相对滑动的时间:
匀质板的长度:
设恰好脱离时,两者相对滑动的时间为t2,给板一个水平向左的初速度v″则物块的位移 s1=vt2
木板先向左减速后向右加速,加速度不变,其位移为:
s1-s2=L
解得:
故为使板与物块能脱离,v′应满足的条件为:.
解析
解:(1)由于物块做匀速运动,则物块受到匀质板的摩擦力大小:f=μmg
方向水平向左.
匀质板受到物块的摩擦力水平向右,大小:F=f=μmg
设匀质板运动的加速度大小为a,由牛顿第二定律有:F=Ma
则:,方向水平向右.
故物块受到板的摩擦力为:F=f=μmg,加速度大小为:,方向水平向右.
(2)原来情形两者相对滑动的时间:
匀质板的长度:
设恰好脱离时,两者相对滑动的时间为t2,给板一个水平向左的初速度v″则物块的位移 s1=vt2
木板先向左减速后向右加速,加速度不变,其位移为:
s1-s2=L
解得:
故为使板与物块能脱离,v′应满足的条件为:.
两个完全相同的物块A、B,质量均为m=0.8kg,沿同一粗糙水平面以相同的初速度从同一位置运动,它们速度随时间的变化关系如图所示,图中的两条直线分别表示A物块受到水平拉力F作用和B物块不受拉力作用的v-t图象.求:
(1)物块A所受拉力F的大小.
(2)4s末物块A、B之间的距离s.
正确答案
解:(1)设A、B两物块的加速度分别为a1、a2,由v-t图可得
.
负号表示加速度方向与初速度方向相反.
对A、B两物块分别由牛顿第二定律得:F-f=ma1
f=ma2
可得 F=2.4N
(2)设A、B两物块4 s内的位移分别为s1、s2,
由图象得:
所以 s=s1-s2=20 m
答:(1)物块A所受拉力F的大小为2.4N.
(2)4s末物块A、B之间的距离为20m.
解析
解:(1)设A、B两物块的加速度分别为a1、a2,由v-t图可得
.
负号表示加速度方向与初速度方向相反.
对A、B两物块分别由牛顿第二定律得:F-f=ma1
f=ma2
可得 F=2.4N
(2)设A、B两物块4 s内的位移分别为s1、s2,
由图象得:
所以 s=s1-s2=20 m
答:(1)物块A所受拉力F的大小为2.4N.
(2)4s末物块A、B之间的距离为20m.
质量为m的带电小球用绝缘丝线悬挂于O点,并处在水平向左的大小为E的匀强电场中,小球静止时丝线与铅垂线的夹角为a.如图,求:小球带何种电?带电量是多少?剪断绝缘丝线,小球将做什么运动?(设电场足够宽)
正确答案
解:因小球向右偏,所受电场力向右,与电场强度方向相反,故带负电荷;
小球受力情况,如图所示:
根据平衡条件得:
qE=mgtanα
解得:q=
如果将细线烧断,球沿合力方向做匀加速直线运动;
烧断细线后小球所受合外力为:F=;
根据牛顿第二定律得加速度为:a=;
答:小球带负电荷,电荷量为;若将丝线烧断,小球沿着绳子方向做加速度为
的匀加速直线运动.
解析
解:因小球向右偏,所受电场力向右,与电场强度方向相反,故带负电荷;
小球受力情况,如图所示:
根据平衡条件得:
qE=mgtanα
解得:q=
如果将细线烧断,球沿合力方向做匀加速直线运动;
烧断细线后小球所受合外力为:F=;
根据牛顿第二定律得加速度为:a=;
答:小球带负电荷,电荷量为;若将丝线烧断,小球沿着绳子方向做加速度为
的匀加速直线运动.
如图所示,倾角θ=37°的传送带上,A、B两端相距L=17m.当传送带以v=4m/s的恒定速率顺时针转动时,将一个与传送带间动摩擦因数μ=0.25的物块P轻放于A端,求p从A端运动到B端所需的时间是多少?(sin37°=0.6、cos37°=0.8 取g=l0m/s2)
正确答案
解:设P初始下滑的加速度为a1,则有mgsinθ+μmgcosθ=ma1
解得:a1=g(sin37°+μcos37°)=10×(0.6+0.2)=8m/s2,
前一段加速滑下时间
当P加速到v时,P发生的位移
此后P,继续加速下滑,设加速度为a2,
有mgsinθ-μmgcosθ=ma2,所以 a2=g(sin37°-μcos37°)=10×(0.6-0.2)=4m/s2,
根据位移时间关系公式,有
L-
解得后一段加速滑下时间t2=2s
P从A到B总时间t=t1+t2=2+0.5=2.5s
答:p从A端运动到B端所需的时间是2.5s.
解析
解:设P初始下滑的加速度为a1,则有mgsinθ+μmgcosθ=ma1
解得:a1=g(sin37°+μcos37°)=10×(0.6+0.2)=8m/s2,
前一段加速滑下时间
当P加速到v时,P发生的位移
此后P,继续加速下滑,设加速度为a2,
有mgsinθ-μmgcosθ=ma2,所以 a2=g(sin37°-μcos37°)=10×(0.6-0.2)=4m/s2,
根据位移时间关系公式,有
L-
解得后一段加速滑下时间t2=2s
P从A到B总时间t=t1+t2=2+0.5=2.5s
答:p从A端运动到B端所需的时间是2.5s.
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