- 牛顿第二定律
- 共12933题
如图所示,质量为80kg的滑雪运动员,在倾角θ为30°的斜坡顶端,从静止开始匀加速下滑50m到达坡底,用时10s.若g取10m/s2,求:
(1)运动员下滑过程中的加速度大小;
(2)运动员到达坡底时的速度大小;
(3)运动员受到的阻力大小.
正确答案
解:(1)根据位移时间公式得:
,
所以有:.
(2)运动员到达坡底的速度为:
v=at=1×10m/s=10m/s
(3)根据牛顿第二定律得:
mgsinθ-f=ma
代入数据解得:f=320N.
答:(1)运动员下滑过程中的加速度大小为1m/s2;
(2)运动员到达坡底时的速度大小为10m/s;
(3)运动员受到的阻力大小为320N.
解析
解:(1)根据位移时间公式得:
,
所以有:.
(2)运动员到达坡底的速度为:
v=at=1×10m/s=10m/s
(3)根据牛顿第二定律得:
mgsinθ-f=ma
代入数据解得:f=320N.
答:(1)运动员下滑过程中的加速度大小为1m/s2;
(2)运动员到达坡底时的速度大小为10m/s;
(3)运动员受到的阻力大小为320N.
质量为100t的机车从停车场出发,做匀加速直线运动,经225m后速度达到54km/h.此时司机关闭发动机,让机车做匀减速直线运动进站,机车又行驶了125m才停在站台上.设机车在运动过程中所受阻力不变,求:机车关闭发动机前所受的牵引力.
正确答案
解:在匀加速阶段:
v2-0=2a1s1
解得:a1=m/s2=0.5 m/s2
由牛顿第二定律得
F-f=ma1=100×103×0.5 N=5×104 N ①
减速阶段:初速度v1=15m/s 未速度v2=0 位移S2=125
由v22-v12=2as2得
加速度a==-0.9m/s2
负号表示a2方向与v1方向相反
由牛顿第二定律得
f=ma2=-105×0.9N=-9×104 N ②
由①②得:机车的牵引力F=1.4×105 N
答:机车关闭发动机前所受的牵引力为1.4×105 N.
解析
解:在匀加速阶段:
v2-0=2a1s1
解得:a1=m/s2=0.5 m/s2
由牛顿第二定律得
F-f=ma1=100×103×0.5 N=5×104 N ①
减速阶段:初速度v1=15m/s 未速度v2=0 位移S2=125
由v22-v12=2as2得
加速度a==-0.9m/s2
负号表示a2方向与v1方向相反
由牛顿第二定律得
f=ma2=-105×0.9N=-9×104 N ②
由①②得:机车的牵引力F=1.4×105 N
答:机车关闭发动机前所受的牵引力为1.4×105 N.
如图,用一劲度系数k=100N/m的轻质弹簧秤水平拉着质量m=1kg的物体向右做匀速直线运动,此时弹簧秤示数F=2N.
(1)画出此时的受力分析图,并求弹簧秤的形变量x1和物体与地面间的动摩擦系数μ.
(2)如果弹簧秤突然变为竖直向上拉物体,使物体继续维持原来的匀速直线运动,则此时的弹簧秤形变量x2为多少?物体与地面间的动摩擦系数又为多少?
正确答案
解:(1)物体在竖直方向受重力和支持力作用,大小均为G=mg=1kg×10N/kg=10N,水平方向受到的拉力F和摩擦力f是平衡力,大小相等,方向相反如图所示:
根据胡克定律得:
F=kx1,
解得:,
f=F=μmg
解得:μ=
(2)如果弹簧秤突然变为竖直向上拉物体,使物体继续维持原来的匀速直线运动,则竖直方向弹力等于重力,水平方向不受力,即:
F2=mg=10N
则有:
物体与地面间的动摩擦系数不变,仍为0.2.
答:(1)受力分析图如图所示,弹簧秤的形变量x1为0.02m,物体与地面间的动摩擦系数μ为0.2.
(2)此时的弹簧秤形变量x2为0.1m,物体与地面间的动摩擦系数为0.2.
解析
解:(1)物体在竖直方向受重力和支持力作用,大小均为G=mg=1kg×10N/kg=10N,水平方向受到的拉力F和摩擦力f是平衡力,大小相等,方向相反如图所示:
根据胡克定律得:
F=kx1,
解得:,
f=F=μmg
解得:μ=
(2)如果弹簧秤突然变为竖直向上拉物体,使物体继续维持原来的匀速直线运动,则竖直方向弹力等于重力,水平方向不受力,即:
F2=mg=10N
则有:
物体与地面间的动摩擦系数不变,仍为0.2.
答:(1)受力分析图如图所示,弹簧秤的形变量x1为0.02m,物体与地面间的动摩擦系数μ为0.2.
(2)此时的弹簧秤形变量x2为0.1m,物体与地面间的动摩擦系数为0.2.
(2015秋•宿迁校级期末)如图所示,A和B的质量分别是1kg和2kg,弹簧和悬线的质量不计,在A上面的悬线烧断的瞬间( )
正确答案
解析
解:悬线烧断弹簧前,由B平衡得到,弹簧的弹力大小F=mBg.悬线烧断的瞬间,弹簧的弹力没有来得及变化,大小仍为F=mBg,此瞬间B物体受到的弹力与重力仍平衡,合力为零,则B的加速度为零.A受到重力和向下的弹力,由牛顿第二定律得,=g+
=3g,方向向下.
故选A
如图所示,质量分别为m1=1kg和m2=2kg的A、B两物块并排放在光滑水平面上,若对A、B分别施加大小随时间变化的水平外力F1和F2,若F1=(9-2t)N,F2=(3+2t)N,设F1、F2的方向不变.则:
(1)经多长时间t0两物块开始分离?
(2)在同一坐标中画出A、B两物块的加速度a1和a2随时间变化的图象?
(3)速度的定义为V=,“V-t”图象下的“面积”在数值上等于位移△s;加速度的定义为a=
,则“a-t”图象下的“面积”在数值上应等于什么?
正确答案
解:(1)对A、B整体,有:F1+F2=(m1+m2)a
∴;
当A、B间Nab=0时,对A,有:F1=m1a
即:9-2t0=4∴t0=2.5s 即:2.5s时开始分离.
(2)t0=2.5s以后,
对A:9-2t=m1a1;
∴a1=9-2t
对B:3+2t=m2a2,
∴a2==1.5+t;
据此作图,如图所示:
(3)由题,速度的定义为v=,“v-t”图象下的“面积”在数值上等于位移△x;加速度的定义为a=
,则“a-t”图象下的“面积”在数值上应等于速度的变化量△v
答:
(1)经2.5s时间两物块开始分离.
(2)在图乙的坐标系中画出两物块的加速度a1和a2随时间变化的图象如图所示.
(3)“a-t”图象下的“面积”在数值上应等于面积是速度的变化量△v.
解析
解:(1)对A、B整体,有:F1+F2=(m1+m2)a
∴;
当A、B间Nab=0时,对A,有:F1=m1a
即:9-2t0=4∴t0=2.5s 即:2.5s时开始分离.
(2)t0=2.5s以后,
对A:9-2t=m1a1;
∴a1=9-2t
对B:3+2t=m2a2,
∴a2==1.5+t;
据此作图,如图所示:
(3)由题,速度的定义为v=,“v-t”图象下的“面积”在数值上等于位移△x;加速度的定义为a=
,则“a-t”图象下的“面积”在数值上应等于速度的变化量△v
答:
(1)经2.5s时间两物块开始分离.
(2)在图乙的坐标系中画出两物块的加速度a1和a2随时间变化的图象如图所示.
(3)“a-t”图象下的“面积”在数值上应等于面积是速度的变化量△v.
小车在水平面上向左作直线运动,车厢内用OA、OB两细线系住小球.球的质量m=4千克.线OA与竖直方向成θ=37°角.如图所示.g取10米/秒2,
求:(1)小车以5米/秒的速度作匀速直线运动,求OA、OB两绳的张力?
(2)小车以5米/秒的速度作匀速直线运动,当小车改作匀减速直线运动,并在12.5米距离内速度降为零的过程中,OA、OB两绳张力各多大?
(3)小车如何运动时,可使OB绳所受拉力开始为零?
正确答案
解:依题意(1)选小球为研究对象,
X轴方向水平向左,根据平衡条件:
X轴:TAOsinθ-TBO=0
Y轴:TAOcosθ-mg=0
解得:TAO=50N TBO=30N;
(2)设小车运动方向为正方向,作匀减速的初速度v0=5m/s,末速度为0,s=12.5m
由
得小车做匀减速的加速度为:a=-1m/s2
X轴:TAOsinθ-TBO=ma
Y轴:TAOcosθ-mg=0
解得:TAO=50N;TBO=34N;
(3)当绳子OB所受拉力恰好为零时,则
X轴:TAOsinθ=ma
Y轴:TAOcosθ-mg=0
解得a=7.5m/s2
即小车向左做加速度大于a=7.5m/s2的运动;
答:(1)小车以5米/秒的速度作匀速直线运动,OA、OB两绳的张力分别为50N、30N.
(2)小车以5米/秒的速度作匀速直线运动,当小车改作匀减速直线运动,并在12.5米距离内速度降为零的过程中,OA、OB两绳张力分别为50N、34N.
(3)小车向左做加速度大于a=7.5m/s2的运动,可使OB绳所受拉力开始为零.
解析
解:依题意(1)选小球为研究对象,
X轴方向水平向左,根据平衡条件:
X轴:TAOsinθ-TBO=0
Y轴:TAOcosθ-mg=0
解得:TAO=50N TBO=30N;
(2)设小车运动方向为正方向,作匀减速的初速度v0=5m/s,末速度为0,s=12.5m
由
得小车做匀减速的加速度为:a=-1m/s2
X轴:TAOsinθ-TBO=ma
Y轴:TAOcosθ-mg=0
解得:TAO=50N;TBO=34N;
(3)当绳子OB所受拉力恰好为零时,则
X轴:TAOsinθ=ma
Y轴:TAOcosθ-mg=0
解得a=7.5m/s2
即小车向左做加速度大于a=7.5m/s2的运动;
答:(1)小车以5米/秒的速度作匀速直线运动,OA、OB两绳的张力分别为50N、30N.
(2)小车以5米/秒的速度作匀速直线运动,当小车改作匀减速直线运动,并在12.5米距离内速度降为零的过程中,OA、OB两绳张力分别为50N、34N.
(3)小车向左做加速度大于a=7.5m/s2的运动,可使OB绳所受拉力开始为零.
在某一旅游景区,建有一山坡滑雪运动项目.某段斜坡可看成倾角θ=30°的斜面,一名滑雪者总质量m=80kg,他在这段斜坡上从静止开始匀加速下滑50m时,其速度增大到20m/s,(不计空气阻力,取g=10m/s2)问:
(1)滑雪者在下滑过程中受到的摩擦力f为多大?
(2)滑板与雪地之间的动摩擦因数μ为多大?
正确答案
解:(1)以滑雪者为研究对象,其受力情况如图所示,受到重力G=mg,斜坡的支持力N和摩擦力f.
将重力G沿斜面和垂直斜面方向分解为G1和G2.
由几何知识得:
G1=mgsinθ
G2=mgcosθ
设下滑的加速度为a,由公式可得:
由牛顿第二定律得:F合=ma=80×4N=320N
由受力分析图可知:F合=G1-f=mgsinθ-f
联立解得:f=80N
(2)斜面的支持力 N=G2=mgcosθ
滑动摩擦力公式 f=μN
两式联立解得:μ=0.12
答:(1)滑雪者在下滑过程中受到的摩擦力f为80N;
(2)滑板与雪地之间的动摩擦因数μ为0.12.
解析
解:(1)以滑雪者为研究对象,其受力情况如图所示,受到重力G=mg,斜坡的支持力N和摩擦力f.
将重力G沿斜面和垂直斜面方向分解为G1和G2.
由几何知识得:
G1=mgsinθ
G2=mgcosθ
设下滑的加速度为a,由公式可得:
由牛顿第二定律得:F合=ma=80×4N=320N
由受力分析图可知:F合=G1-f=mgsinθ-f
联立解得:f=80N
(2)斜面的支持力 N=G2=mgcosθ
滑动摩擦力公式 f=μN
两式联立解得:μ=0.12
答:(1)滑雪者在下滑过程中受到的摩擦力f为80N;
(2)滑板与雪地之间的动摩擦因数μ为0.12.
如图所示,已知一足够长粗糙斜面倾角为θ=37°,一质量m=15kg物体,在斜面底部受到一个沿斜面向上的F=300N的力作用由静止开始运动,物体在2秒内位移为20m,2秒末撤销力F,求:(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)
(1)物体与斜面间的动摩擦因数?
(2)从撤销力F开始2秒末物体的速度?
正确答案
解:(1)设力F作用时物体的加速度为a1,t1=2s,
由:s=a1t12得:a1=
=
=10m/s2,
有力F作用时,由牛顿第二定律得:
F-mgsinθ-μmgcosθ=ma1,解得:μ=0.5;
(2)设撤销力F的瞬间物体的速度为v1,则v1=a1t1=20m/s
设撤销力F以后,物体沿斜面减速上滑的加速度为a2,依牛顿第二定律有:
mgsinθ+μmgcosθ=ma2,解得:a2=10m/s2
撤销力F后物体做匀减速直线运动,速度减为零需要的时间:t2==
=2s,
故撤销力F后2s末物体的速度为:v=0m/s;
答:(1)物体与斜面间的动摩擦因数μ为0.5;
(2)从撤销力F开始2秒末物体的速度v为0m/s.
解析
解:(1)设力F作用时物体的加速度为a1,t1=2s,
由:s=a1t12得:a1=
=
=10m/s2,
有力F作用时,由牛顿第二定律得:
F-mgsinθ-μmgcosθ=ma1,解得:μ=0.5;
(2)设撤销力F的瞬间物体的速度为v1,则v1=a1t1=20m/s
设撤销力F以后,物体沿斜面减速上滑的加速度为a2,依牛顿第二定律有:
mgsinθ+μmgcosθ=ma2,解得:a2=10m/s2
撤销力F后物体做匀减速直线运动,速度减为零需要的时间:t2==
=2s,
故撤销力F后2s末物体的速度为:v=0m/s;
答:(1)物体与斜面间的动摩擦因数μ为0.5;
(2)从撤销力F开始2秒末物体的速度v为0m/s.
一物体在倾角为37°的足够长斜面上,以初速度10m/s沿斜面上滑,物体跟斜面间的动摩擦因数为0.5,则它返回到出发点时的速度大小______m/s.
正确答案
解析
解:对物体进行受力分析,根据牛顿第二定律得:
a1=gsinθ+μgcosθ=10m/s2
根据位移速度公式得:2a1s=v02
解得:s=5m;
根据牛顿第二定律可知下滑时:
a2=gsinθ-μgcosθ=2m/s2
根据位移速度公式得:v2=2a2s
解得:v=2m/s
故答案为:.
为了使航天员适应在失重环境下环境下的工作和生活,国家航天局对航天员进行失重训练,如图所示,训练机沿30°倾角爬升到7000m高空后,向上拉起,沿竖直方向向上作匀减速运动,拉起后向上的初速度为200m/s,加速度大小为g,当训练机上升到最高点后立即掉头向下,做竖直向下的加速运动,加速度大小仍为g,在此段时间内模拟出完全失重,为了安全,当训练机离地2000m高时必须拉起,且训练机速度达到350m/s后必须终止失重训练,取g=10m/s2,求:
(1)训练机上升过程中离地的最大高度
(2)训练机运动过程中,模拟完全失重的时间.
正确答案
解:(1)上升时间为:
上升高度为:
离地高度为:hm=h上+h0=9000m
(2)判断当速度达到350m/s时,下落高度为:,
此时离地高度为:h+h上-h下=7000+2000-6125=2875>2000m
所以一次上下创造的完全失重的时间为:T=t上+t下=55s
答:(1)训练机上升过程中离地的最大高度为9000m
(2)训练机运动过程中,模拟完全失重的时间为55s
解析
解:(1)上升时间为:
上升高度为:
离地高度为:hm=h上+h0=9000m
(2)判断当速度达到350m/s时,下落高度为:,
此时离地高度为:h+h上-h下=7000+2000-6125=2875>2000m
所以一次上下创造的完全失重的时间为:T=t上+t下=55s
答:(1)训练机上升过程中离地的最大高度为9000m
(2)训练机运动过程中,模拟完全失重的时间为55s
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