- 牛顿第二定律
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如图所示,一个质量m=10kg的物体放在水平地面上,物体与地面之间的动摩擦因数μ=0.20.现对物体施加一个水平向右、大小为50N的拉力F,使物体由静止开始做匀加速直线运动.g=10m/s2,求:
(1)物体所受摩擦力的大小;
(2)物体加速度的大小.
(3)2s末物体的瞬时速度大小.
正确答案
解:(1)对物体受力分析,受拉力、重力、支持力和滑动摩擦力,故:
f=μN=μmg=0.2×10×10=20N
(2)根据牛顿第二定律,有:
F-f=ma
解得:
a==
(3)2s末物体的瞬时速度:
v=v0+at=0+3×2=6m/s
答:(1)物体所受摩擦力的大小为20N;
(2)物体加速度的大小为3m/s2.
(3)2s末物体的瞬时速度大小为6m/s.
解析
解:(1)对物体受力分析,受拉力、重力、支持力和滑动摩擦力,故:
f=μN=μmg=0.2×10×10=20N
(2)根据牛顿第二定律,有:
F-f=ma
解得:
a==
(3)2s末物体的瞬时速度:
v=v0+at=0+3×2=6m/s
答:(1)物体所受摩擦力的大小为20N;
(2)物体加速度的大小为3m/s2.
(3)2s末物体的瞬时速度大小为6m/s.
如图,用橡皮筋将一小球悬挂在小车的架子上,系统处于平衡状态.现使小车从静止开始向左加速,加速度从零开始逐渐增大到某一值,然后保持此值,小球稳定地偏离竖直方向某一角度(橡皮筋在弹性限度内),与稳定在竖直位置相比,小球的高度( )
正确答案
解析
解:设L0为橡皮筋的原长,k为橡皮筋的劲度系数,小车静止时,对小球受力分析得:T1=mg,
弹簧的伸长
即小球与悬挂点的距离为L1=L0+,
当小车的加速度稳定在一定值时,对小球进行受力分析如图,得:
T2cosα=mg,
T2sinα=ma,
所以:T2=,
弹簧的伸长:
则小球与悬挂点的竖直方向的距离为:L2=(L0+)cosα=L0cosα+
<
=L1,
所以L1>L2,即小球在竖直方向上到悬挂点的距离减小,所以小球一定升高,故A正确,BCD错误.
故选:A.
如图所示,三个物体质量分别为m1=1.0kg、m2=2.0kg、m3=3.0kg,已知斜面上表面光滑,斜面倾角θ=30°,m1和m2之间的动摩擦因数μ=0.8.不计绳和滑轮的质量和摩擦.初始用外力使整个系统静止,当撤掉外力时,m2将(g=10m/s2,最大静摩擦力等于滑动摩擦力)( )
正确答案
解析
解:假设m1和m2之间保持相对静止,对整体分析,整体的加速度a==
=2.5m/s2.
隔离对m2分析,根据牛顿第二定律得,f-m2gsin30°=m2a
解得f=m2gsin30°+m2a=2.0×(10×0.5+2.5)N=15N
最大静摩擦力fm=μm2gcos30°==8
,可知f>fm,知道m2随m1一起做加速运动需要的摩擦力大于二者之间的最大静摩擦力,所以假设不正确,m2相对于m1下滑.故C正确,A、B、D错误.
故选:C.
(2015秋•宜昌校级期末)如图所示,光滑水平面上,水平恒力F拉小车和木块做加速运动,小车质量为M,木块质量为m,它们共同加速度为a,木块与小车间的动摩擦因数为μ.则在运动过程中( )
正确答案
解析
解:A、对物体受力分析,在水平方向上由F-f=ma,所以f=F-ma,由于物体并没有滑动,所以摩擦力不一定是μmg,所以A错误.
B、木块受拉力F和摩擦力f的作用,合力的大小为F-f=ma,所以B错误.
C、对整体由F=(M+m)a,对小车由F-f=Ma,所以小车受到的摩擦力为F,所以C正确.
D、小车在竖直方向上的合力为零,在水平方向上只有木块对车的摩擦力的作用,所以小车受到的合力为f,大小为F,所以D正确.
故选:CD.
质量分别为M和m的物块形状大小均相同,将它们通过轻绳和光滑定滑轮连接,如图甲所示,绳子在各处均平行于倾角为α的斜面,M恰好能静止在斜面上,不考虑M、m与斜面之间的摩擦.若互换两物块位置,按图乙放置,然后释放M,斜面仍保持静止.则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:
第一次放置时M静止,则:
Mgsinα=mg,
第二次放置时候,由牛顿第二定律:
Mg-mgsinα=(M+m)a,
联立解得:
a=(1-sinα)g=g.
对m由牛顿第二定律:
T-mgsinα=ma,
解得:
T=mg,
故A错误,B正确,C正确,D正确.
故选:BCD.
在水平的足够长的固定木板上,一小物块以某一初速度开始滑动,经一段时间t后停止.现将该木板改置成倾角为45°的斜面,让小物块以相同的初速度沿木板上滑.若小物块与木板之间的动摩擦因数为μ.则小物块上滑到最高位置所需时间与t之比为( )
正确答案
解析
解:木板水平时,物块的合力是滑动摩擦力.根据牛顿第二定律得出:
小物块的加速度a1=μg,
设滑行初速度为v0,则滑行时间为t=;
木板改置成倾角为45°的斜面后,对物块进行受力分析:
小滑块的合力F合=mgsin45°+f=mgsin45°+μmgcos45°
小物块上滑的加速度a2==
,
滑行时间t′==2
,
因此=
=
,
故选A.
如图所示,静止在光滑水平面上的斜面体,质量为M,倾角为α,其斜面上有一静止的滑块,质量为m,两者之间的动摩擦因数为μ,滑块受到的最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力,重力加速度为g.现给斜面体施加水平向右的力使斜面体加速运动,求:
(1)若要使滑块与斜面体一起加速运动,图中水平向右的力F的最大值;
(2)若要使滑块做自由落体运动,图中水平向右的力F的最小值.
正确答案
解:(1)滑块与斜面体刚好不相对滑动的临界条件是静摩擦力达到最大值fm,滑块受力如图所示.设一起加速的最大加速度为a,对滑动应用牛顿第二定律得:
FNcos α+fmsin α=mg…①
fmcos α-FNsin α=ma…②
由题意知fm=μFN…③
联立方程解得:a=g
对整体分析:F=(M+m)a
联立解得:.
(2)如图所示,要使滑块做自由落体运动,滑块与斜面体之间没有力的作用,滑块的加速度为g,设此时M的加速度为aM对M:F=MaM,
其中:,
联立解得:.
答:(1)图中水平向右的力F的最大值.
(2)图中水平向右的力F的最小值为.
解析
解:(1)滑块与斜面体刚好不相对滑动的临界条件是静摩擦力达到最大值fm,滑块受力如图所示.设一起加速的最大加速度为a,对滑动应用牛顿第二定律得:
FNcos α+fmsin α=mg…①
fmcos α-FNsin α=ma…②
由题意知fm=μFN…③
联立方程解得:a=g
对整体分析:F=(M+m)a
联立解得:.
(2)如图所示,要使滑块做自由落体运动,滑块与斜面体之间没有力的作用,滑块的加速度为g,设此时M的加速度为aM对M:F=MaM,
其中:,
联立解得:.
答:(1)图中水平向右的力F的最大值.
(2)图中水平向右的力F的最小值为.
质量为30kg的小孩坐在10kg的雪橇上,大人用与水平方向成37°斜向上的100N的拉力拉雪橇,他们一起沿水平地面向前做匀速直线运动.(g=10m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)求:
(1)地面对雪橇的支持力大小;
(2)雪橇与水平地面的动摩擦因数的大小;
(3)地面对大人的摩擦力大小和方向.
正确答案
解:(1)对小孩和雪橇整体受力分析得:
竖直方向:Fsin θ+FN=mg
解得:FN=mg-Fsinθ=400-100×0.6N=340N
(2)水平方向:Fcosθ-Ff=0,
Ff=μFN由上式,代入数据解得:μ==0.24
(3)由大人受力分析得:f=Fcosθ=80N
方向:水平向前.
答:(1)地面对雪橇的支持力大小为340N;
(2)雪橇与水平地面的动摩擦因数的大小为0.24;
(3)地面对大人的摩擦力大小为80N,方向水平向前.
解析
解:(1)对小孩和雪橇整体受力分析得:
竖直方向:Fsin θ+FN=mg
解得:FN=mg-Fsinθ=400-100×0.6N=340N
(2)水平方向:Fcosθ-Ff=0,
Ff=μFN由上式,代入数据解得:μ==0.24
(3)由大人受力分析得:f=Fcosθ=80N
方向:水平向前.
答:(1)地面对雪橇的支持力大小为340N;
(2)雪橇与水平地面的动摩擦因数的大小为0.24;
(3)地面对大人的摩擦力大小为80N,方向水平向前.
如图所示,两个质量相等的物体A和B紧靠在一起放在光滑水平桌面上,如果它们分别受到水平推力F1、F2,且F1>F2,则A施于B的作用力的大小为( )
正确答案
解析
解:以A、B组成的系统为研究对象,由牛顿第二定律得:
(F1-F2)=2ma,
加速度为:a=,
以A为研究对象,由牛顿第二定律得:F1-N=ma,
解得A、B间的作用力:N=;
故选:D.
(2016•辽宁校级一模)如图所示,物块A放在木板B上,A、B的质量均为m,A、B之间的动摩擦因数为μ,B与地面之间的动摩擦因数为
.若将水平力作用在A上,使A刚好要相对B滑动,此时A的加速度为a1;若将水平力作用在B上,使B刚好要相对A滑动,此时B的加速度为a2,则a1与a2的比为( )
正确答案
解析
解:当水平力作用在A上,使A刚好要相对B滑动,临界情况是A、B的加速度相等,隔离对B分析,B的加速度为:
=
,
当水平力作用在B上,使B刚好要相对A滑动,此时A、B间的摩擦力刚好达到最大,A、B的加速度相等,有:
,
可得:a1:a2=1:3.
故选:C.
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