- 牛顿第二定律
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在光滑水平面上,一个质量为m的物体受到一个与水平面成θ角的拉力F的作用,以加速度a做匀加速运动.若将此力大小改为2F、方向不变,物体仍能在水平面上做匀加速运动,加速度为a′.则( )
正确答案
解析
解:当拉力为F时,根据牛顿第二定律得,.
当拉力为2F时,根据牛顿第二定律得,.故A正确,B、C、D错误.
故选:A.
(2015秋•临沂期末)质量为M的皮带轮工件放置在水平桌面上.一细绳绕过皮带轮的皮带槽,一端系一质量为m的重物,另一端固定在桌面上.如图所示,工件与桌面、绳之间以及绳与桌子边缘之间的摩擦都忽略不计,则重物下落过程中,工件的加速度为( )
正确答案
解析
解:相等时间内重物下落的距离是工件运动距离的2倍,因此,重物的加速度也是工件加速度的2倍,设绳子上的拉力为F,
根据牛顿第二定律有:,
解得:,
工件加速度为:,所以C正确.
故选:C.
如图所示,位于竖直平面内的圆与水平面相切于M点,与竖直墙相切于A点,C为圆的最高点.竖直墙上点B、D与M的连线和水平面的夹角分别为53°和37°.已知在t=0时,a、b、d三个球分别由A、B、D三点从静止开始沿光滑倾斜直轨道运动到M点;c球由C点自由下落到M点.则( )
正确答案
解析
解:设圆的半径为r,
对于AM段,位移:x1=,加速度为:a1=gsin45°=
,由位移时间公式得,所用时间:
=
对于BM段,位移:,加速度为:a2=gsin53°=
,由位移时间公式得,所用时间为:
对于CM段,位移:x3=2r,加速度为:a3=g,由位移时间公式得,所用时间为:=
对于DM段,位移:,加速度为:
,由位移时间公式得,所用时间为:
故:t1=t3<t2=t4
故a、c同时到达M点,b、d同时到达M点,且ac用时短于bd用时,故ACD错误,B正确;
故选:B.
拓展训练可以增强员工的团队意识和协作精神.如图1是拓展训练中的高空断桥示意图.队员跨越断桥后,在保险绳拉力作用下,由静止开始竖直向下降落地面.假设保险绳中串联一个拉力传感器,在队员下落过程中,传感器显示的拉力如图所示.已知队员下落过程先匀加速,然后匀速,最后匀减速,落地速度为零,F1-F2>F2-F3,求:(图2中标示各量均为已知)
(1)队员的质量;
(2)队员下落过程的最大加速度;
(3)队员下落过程的最大速度;
正确答案
解:(1)队员匀速时,重力等于绳子的拉力,根据平衡条件可得:队员质量m=
(2)因为F2=mg根据F1-F2>F2-F3可知,在减速过程中加速度最大,根据牛顿第二定律得:
队员加速下落过程加速度大小 a1=
队员减速下落过程加速度大小 a2==
(3)根据运动情况可知,先加速再匀速,最后匀减速,所以加速下落结束时速度最大 vm=a1t1=
答:(1)队员的质量;(2)队员下落过程的最大加速度
;(3)队员下落过程的最大速度最大
.
解析
解:(1)队员匀速时,重力等于绳子的拉力,根据平衡条件可得:队员质量m=
(2)因为F2=mg根据F1-F2>F2-F3可知,在减速过程中加速度最大,根据牛顿第二定律得:
队员加速下落过程加速度大小 a1=
队员减速下落过程加速度大小 a2==
(3)根据运动情况可知,先加速再匀速,最后匀减速,所以加速下落结束时速度最大 vm=a1t1=
答:(1)队员的质量;(2)队员下落过程的最大加速度
;(3)队员下落过程的最大速度最大
.
如图所示,沿水平方向做匀变速直线运动的车厢中,悬挂小球的悬线偏离竖直方向37°角,小球和车厢相对静止,球的质量为1kg.(g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
(1)求车厢运动的加速度,并说明车厢的运动情况.
(2)求悬线对球的拉力.
正确答案
解:(1)车厢的加速度与小球加速度相同,对小球进行受力分析,根据牛顿第二定律得:
a=
所以车厢的加速度大小为7.5m/s2,方向水平向右,所以车厢可能向右做匀加速运动,也可能向左做匀减速运动.
(2)由图可知:
F=
答:(1)车厢运动的加速度大小为7.5m/s2,方向水平向右,车厢可能向右做匀加速运动,也可能向左做匀减速运动.
(2)悬线对球的拉力为12.5N.
解析
解:(1)车厢的加速度与小球加速度相同,对小球进行受力分析,根据牛顿第二定律得:
a=
所以车厢的加速度大小为7.5m/s2,方向水平向右,所以车厢可能向右做匀加速运动,也可能向左做匀减速运动.
(2)由图可知:
F=
答:(1)车厢运动的加速度大小为7.5m/s2,方向水平向右,车厢可能向右做匀加速运动,也可能向左做匀减速运动.
(2)悬线对球的拉力为12.5N.
在日常生活和生产中,常用传送带运送物体.如图所示,一水平传送带以v=2.0m/s的速度匀速运动,现把小物块(可视为质点)无初速地轻放在传送带的左端A处,经过一段时间,小物块到达传送带的右端B处.A、B间距离L=6.0m,小物块与传送带间的动摩擦因数μ=0.10,取重力加速度g=10m/s2.
(1)求小物块从A运动到B所用的时间t;
(2)请你设计方案,使小物块在传送带上从A运动到B所用的时间缩短0.5s,并通过计算确定方案中所涉及物理量的数值.(设计一种方案即可)
正确答案
解:(1)小物块放到传送带上后,开始做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律有:μmg=ma
代入数据解得:a=1.0m/s2
小物块做匀加速直线运动的时间为:
,
因为x<L,所以小物块运动2.0m后开始做匀速直线运动,有:
小物块从A运动到B所用的时间为:t=t1+t2=4.0s.
(2)小物块从A运动到B的时间为:t‘=(4-0.5)s=3.5s
改变小物块与传送带间的动摩擦因数,其它物理量不变.
设小物块与传送带间的动摩擦因数为μ′,在小物块做匀加速直线运动的过程中,根据牛顿第二定律有:μ′mg=ma′
小物块做匀加速直线运动,有:,
它做匀速直线运动的距离为:x2′=v(t′-t1),
又因为L=x'1+x'2
代入数据联立解得:μ′=0.20
当小物块与传送带间的动摩擦因数为0.20时,符合设计要求.
答:(1)小物块从A运动到B所用的时间为4.0s.
(2)当小物块与传送带间的动摩擦因数为0.20时,符合设计要求.
解析
解:(1)小物块放到传送带上后,开始做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律有:μmg=ma
代入数据解得:a=1.0m/s2
小物块做匀加速直线运动的时间为:
,
因为x<L,所以小物块运动2.0m后开始做匀速直线运动,有:
小物块从A运动到B所用的时间为:t=t1+t2=4.0s.
(2)小物块从A运动到B的时间为:t‘=(4-0.5)s=3.5s
改变小物块与传送带间的动摩擦因数,其它物理量不变.
设小物块与传送带间的动摩擦因数为μ′,在小物块做匀加速直线运动的过程中,根据牛顿第二定律有:μ′mg=ma′
小物块做匀加速直线运动,有:,
它做匀速直线运动的距离为:x2′=v(t′-t1),
又因为L=x'1+x'2
代入数据联立解得:μ′=0.20
当小物块与传送带间的动摩擦因数为0.20时,符合设计要求.
答:(1)小物块从A运动到B所用的时间为4.0s.
(2)当小物块与传送带间的动摩擦因数为0.20时,符合设计要求.
用3N的水平推力,使水平面上一质量为2kg的物体,从静止开始运动,在2s内通过的位移是2m,则物体的加速度大小和所受摩擦力的大小分别为( )
正确答案
解析
解:根据x=得,物体的加速度a=
.
根据牛顿第二定律得,F-f=ma,解得f=F-ma=3-2×1N=1N.
故选:B.
如图所示,物块A和长木板B的质量均为1kg,A与B之间、B与地面之间的动摩擦因数分别为0.5和0.2,开始时A静止在B的左端,B停在水平地面上.某时刻起给A施加一大小为10N,方向与水平成θ=37°斜向上的拉力F,0.5s后撤去F,最终A恰好停在B的右端.(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2)
(1)通过计算说明前0.5s内木板B是否运动.
(2)0.5s末物块A的速度.
(3)木板B的长度.
正确答案
解:(1)前0.5s内,对A,
由牛顿第二定律得:Fcosθ-fA1=maA1,
fA1=μ1(mg-Fsinθ)=2N,
木板B与地面间的最大静摩擦力:
fm=μ2(2mg-Fsinθ)=2.8N,
由于fA1<fm,B没有发生运动;
(2)速度vA1=aA1t1,
代入数据解得:vA1=3m/s;
(3)撤去F后,由牛顿第二定律得:
对A,μ1mg=maA2,
对B,μ2•2mg-μ1mg=maB,
当A到达B右端时,二者速度向上,之后共同减速至静止,不再相对滑动,
v=vA1-aA2t2,v=aBt2,
各过程中,A、B的位移:
xA1=aA1t12,
xA2=t2,
xB=aBt22,
由几何关系可知,木板B的长度:
L=xA1+xA2-xB,
代入数据解得:L=1.5m;
答:(1)通过计算说明前0.5s内木板B没有运动.
(2)0.5s末物块A的速度为3m/s.
(3)木板B的长度1.5m.
解析
解:(1)前0.5s内,对A,
由牛顿第二定律得:Fcosθ-fA1=maA1,
fA1=μ1(mg-Fsinθ)=2N,
木板B与地面间的最大静摩擦力:
fm=μ2(2mg-Fsinθ)=2.8N,
由于fA1<fm,B没有发生运动;
(2)速度vA1=aA1t1,
代入数据解得:vA1=3m/s;
(3)撤去F后,由牛顿第二定律得:
对A,μ1mg=maA2,
对B,μ2•2mg-μ1mg=maB,
当A到达B右端时,二者速度向上,之后共同减速至静止,不再相对滑动,
v=vA1-aA2t2,v=aBt2,
各过程中,A、B的位移:
xA1=aA1t12,
xA2=t2,
xB=aBt22,
由几何关系可知,木板B的长度:
L=xA1+xA2-xB,
代入数据解得:L=1.5m;
答:(1)通过计算说明前0.5s内木板B没有运动.
(2)0.5s末物块A的速度为3m/s.
(3)木板B的长度1.5m.
如图1所示,一根内壁光滑的直角三角形玻璃管子处于竖直平面内,倾斜角为θ=37°,让两个小球分别从顶点A由静止开始出发,一个球沿AC滑下,到达C所用的时间为t1,另一个球竖直自由下落经过B到达C,所用的时间为t2,在转弯处有个极小的光滑圆弧,可确保小球转弯时无机械能损失,且转弯时间可以忽略不计.问:
(1)计算t1:t2的值;
(2)若用同样的玻璃管把ABC轨道改为如图2所示的ADEFC(在转弯处均有个极小的光滑圆弧),仍让小球从A静止开始运动,依次通过D、E、F后到达C点所用时间为t3,试定性说明t3和t1、t2的大小关系.
正确答案
解:(1)设三边分别为3l、4l、5l,由AC滑下有a=gsinθ=0.6g.
由得:
沿ABC滑下AB段有:
得:
沿水平BC段有vt21=4l,得t22=
故知t1:t2=1:1,两球同时释放,同时到达C点.
(2)若球沿ADEF到C,则可知小球在竖直管中运动的时间是相同的,而沿DE运动时小球的速度比在BC中运动要小,故在水平管中运动时间延长沿ABC管的时间比沿ADEFC的时间要短一些,故t3>t2=t1.
答:(1)t1:t2=1:1;
(2)t3和t1、t2的大小关系:t3>t2=t1.
解析
解:(1)设三边分别为3l、4l、5l,由AC滑下有a=gsinθ=0.6g.
由得:
沿ABC滑下AB段有:
得:
沿水平BC段有vt21=4l,得t22=
故知t1:t2=1:1,两球同时释放,同时到达C点.
(2)若球沿ADEF到C,则可知小球在竖直管中运动的时间是相同的,而沿DE运动时小球的速度比在BC中运动要小,故在水平管中运动时间延长沿ABC管的时间比沿ADEFC的时间要短一些,故t3>t2=t1.
答:(1)t1:t2=1:1;
(2)t3和t1、t2的大小关系:t3>t2=t1.
甲车质量是乙车质量的2倍,把它们放在光滑水平面上,用力F作用在静止的甲车上时,得到2m/s2的加速度.若用力F作用在静止的乙车上,经过2s,乙车的速度大小是______m/s.
正确答案
8
解析
解:根据牛顿第二定律得,a=,因为甲车质量是乙车质量的2倍,则甲车的加速度是乙车加速度的
.所以乙车的加速度等于4m/s2,
则乙车的速度v=at=4×2m/s=8m/s.
故答案为:8.
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