- 牛顿第二定律
- 共12933题
民用航空客机的机舱,除了有正常的舱门和舷梯连接,供旅客上下飞机以外,还配有紧急出口.发生意外情况的飞机在着陆后,打开紧急出口的舱门后,会自动生成一个气囊,由斜面部分AC和水平部分CD构成,乘客可沿该气囊安全地滑行到地面,如图所示.某机舱离气囊底端的竖直高度AB=3.0m,气囊构成的斜面长AC=5.0m.质量m=60kg的乘客从气囊上由静止开始滑下,最后滑上水平部分上的E点静止.已知乘客与气囊动摩擦因数为μ=0.60,不计空气阻力,取g=10m/s2.求:
(1)乘客下滑到C点时的速度大小vC;
(2)E点到C点的距离s;
(3)乘客从A滑行到E所用的时间t.
正确答案
解:(1)由数学知识得:sinθ==
,θ=37°
乘客从A滑到C的过程,由动能定理得:
mg•LAB-μmgcosθ•LAC=
解得:vC==
m/s=2
m/s
(2)乘客在水平部分滑行过程,运用动能定理得:
-μmgs=0-
解得:s==
m=1m.
(3)根据 LAC+s=+
,t=t1+t2
则得:t==
s=2
s
答:
(1)乘客下滑到C点时的速度大小vC为2m/s.
(2)E点到C点的距离s是1m;
(3)乘客从A滑行到E所用的时间t是2s.
解析
解:(1)由数学知识得:sinθ==
,θ=37°
乘客从A滑到C的过程,由动能定理得:
mg•LAB-μmgcosθ•LAC=
解得:vC==
m/s=2
m/s
(2)乘客在水平部分滑行过程,运用动能定理得:
-μmgs=0-
解得:s==
m=1m.
(3)根据 LAC+s=+
,t=t1+t2
则得:t==
s=2
s
答:
(1)乘客下滑到C点时的速度大小vC为2m/s.
(2)E点到C点的距离s是1m;
(3)乘客从A滑行到E所用的时间t是2s.
如右图所示,一块质量为M=2kg、长为L=1m的匀质木板放在很长的光滑水平桌面上,板的左端有一质量为m=0.5kg的物块,物块上连接一根很长的细绳,细绳跨过位于桌面边缘的定滑轮,某人以速度v=1m/s向下拉绳,物块最多只能到达板的中点,而且此时板的右端尚未到达桌边定滑轮处.g取10m/s2,求:
(1)物块与板间的动摩擦因数μ1;
(2)若板与桌面间有摩擦,为使物块能到板的右端,板与桌面的动摩擦因数μ2的范围.
正确答案
解:(1)若人以恒定速度v=1m/s向下匀速拉绳,木板先向右做匀加速运动,物块到达板的中点后,物块和木板一起以1m/s匀速.
设M加速时间为t1,则m向右位移为x1=vt1
木板向右的位移为x2=1
由题意得x1-x2=
由以上三式代入数据可得t1=1s
M加速度:
由牛顿第二定律得:μ1mg=Ma
代入数据解得:μ1=0.4
(2)如果板与桌面有摩擦,因为M与桌面摩擦因数越大,m越易从右端滑下,所以当m滑到M右端两者刚好共速时摩擦因数最小,设为μ0,且物块在板上滑行的时间为t2.
对木板由牛顿第二定律得:μ1mg-μ0(M+m)g=Ma1,
而v=a1t2
解得:
又设物块从板的左端运动到右端的时间为t3则,
得:
解得:.
所以为了使物块能到达板的右端,板与桌面间的摩擦因数μ2≥0.04
答:(1)物块与板间的动摩擦因数为0.4.
(2)板与桌面的动摩擦因数μ2的范围为μ2≥0.04.
解析
解:(1)若人以恒定速度v=1m/s向下匀速拉绳,木板先向右做匀加速运动,物块到达板的中点后,物块和木板一起以1m/s匀速.
设M加速时间为t1,则m向右位移为x1=vt1
木板向右的位移为x2=1
由题意得x1-x2=
由以上三式代入数据可得t1=1s
M加速度:
由牛顿第二定律得:μ1mg=Ma
代入数据解得:μ1=0.4
(2)如果板与桌面有摩擦,因为M与桌面摩擦因数越大,m越易从右端滑下,所以当m滑到M右端两者刚好共速时摩擦因数最小,设为μ0,且物块在板上滑行的时间为t2.
对木板由牛顿第二定律得:μ1mg-μ0(M+m)g=Ma1,
而v=a1t2
解得:
又设物块从板的左端运动到右端的时间为t3则,
得:
解得:.
所以为了使物块能到达板的右端,板与桌面间的摩擦因数μ2≥0.04
答:(1)物块与板间的动摩擦因数为0.4.
(2)板与桌面的动摩擦因数μ2的范围为μ2≥0.04.
一质量m=0.5kg的滑块以一定的初速度冲上一倾角θ=37°足够长的斜面,某同学利用传感器测出了滑块冲上斜面过程中多个时刻的瞬时速度,并用计算机做出了小物块上滑过程的vt图象,如图所示.(最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)求:
(1)滑块与斜面间的动摩擦因数
(2)判断滑块最后能否返回斜面底端?若能返回,求出返回斜面底端时的速度大小;若不能返回,求出滑块停在什么位置.
正确答案
解:(1)由图象可知,滑块的加速度a==
m/s2=10 m/s2
滑块冲上斜面过程中根据牛顿第二定律,有mgsinθ+μmgcosθ=ma
代入数据解得μ=0.5
即滑块与斜面间的动摩擦因数为0.5.
(2)由于μ<tan37°,故滑块速度减小到零时,重力的下滑分力大于最大静摩擦力,即mgsinθ>μmgcosθ,能再下滑.
由匀变速直线运动的规律,滑块向上运动的位移s==5 m
滑块下滑过程中根据牛顿第二定律,有mgsinθ-μmgcosθ=ma2,解得a2=2 m/s2
由匀变速直线运动的规律,滑块返回底端的速度v==
m/s
故滑块最后能返回斜面底端;返回 斜面底端时的速度大小为m/s.
解析
解:(1)由图象可知,滑块的加速度a==
m/s2=10 m/s2
滑块冲上斜面过程中根据牛顿第二定律,有mgsinθ+μmgcosθ=ma
代入数据解得μ=0.5
即滑块与斜面间的动摩擦因数为0.5.
(2)由于μ<tan37°,故滑块速度减小到零时,重力的下滑分力大于最大静摩擦力,即mgsinθ>μmgcosθ,能再下滑.
由匀变速直线运动的规律,滑块向上运动的位移s==5 m
滑块下滑过程中根据牛顿第二定律,有mgsinθ-μmgcosθ=ma2,解得a2=2 m/s2
由匀变速直线运动的规律,滑块返回底端的速度v==
m/s
故滑块最后能返回斜面底端;返回 斜面底端时的速度大小为m/s.
质量为M,倾角为30°的光滑斜面静止在粗糙的水平地面上,斜面上两个质量均为m的小球A、B,它们用劲度系数为k的轻质弹簧相连,现对小球B施加一水平向左的拉力F,使A、B及斜面一起向左做匀速直线运动,如图所示.已知弹簧的原长为l0,求:
(1)此时弹簧的长度l;
(2)水平拉力F的大小;
(3)粗糙地面与斜面体间的动摩擦因数μ.
正确答案
解:(1)以A为研究对象,受重力、拉力和支持力,根据平衡条件,有:k(l-l0)=mgsin30°
解得:l=+l0
(2)以A、B及弹簧整体为研究对象,受拉力、滑动摩擦力、重力和支持力,根据平衡条件,有:Fcos30°=2mgsin30°
解得:F=mg
(3)以A、B、斜面及弹簧整体为研究对象,根据平衡条件,有:F=f=μ(M+2m)g
解得:μ=
答:
(1)此时弹簧的长度l为+l0;
(2)水平拉力F的大小为mg;
(3)粗糙地面与斜面体间的动摩擦因素μ为.
解析
解:(1)以A为研究对象,受重力、拉力和支持力,根据平衡条件,有:k(l-l0)=mgsin30°
解得:l=+l0
(2)以A、B及弹簧整体为研究对象,受拉力、滑动摩擦力、重力和支持力,根据平衡条件,有:Fcos30°=2mgsin30°
解得:F=mg
(3)以A、B、斜面及弹簧整体为研究对象,根据平衡条件,有:F=f=μ(M+2m)g
解得:μ=
答:
(1)此时弹簧的长度l为+l0;
(2)水平拉力F的大小为mg;
(3)粗糙地面与斜面体间的动摩擦因素μ为.
(2015秋•浦城县期中)如图所示,质量m=30kg的箱子静止于地面上,箱子与地面间的动摩擦因数μ=0.5.现一同学用大小为360N,方向与水平方向成θ=37°斜向下的恒定推力F使木箱在地面上做匀加速直线运动,3s末撤去该力,重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:
(1)撤去推力时,木箱的速度大小;
(2)撤去推力后,木块继续滑行的距离.
正确答案
解:(1)根据牛顿第二定律得,木箱的加速度=
m/s2=1m/s2.
撤去推力后木箱的速度v=a1t1=1×3m/s=3m/s.
(2)撤去推力后,木箱的加速度大小,
根据速度位移公式得,木块继续滑行的距离.
答:(1)撤去推力时,木箱的速度大小为3m/s;
(2)撤去推力后,木块继续滑行的距离为0.9m.
解析
解:(1)根据牛顿第二定律得,木箱的加速度=
m/s2=1m/s2.
撤去推力后木箱的速度v=a1t1=1×3m/s=3m/s.
(2)撤去推力后,木箱的加速度大小,
根据速度位移公式得,木块继续滑行的距离.
答:(1)撤去推力时,木箱的速度大小为3m/s;
(2)撤去推力后,木块继续滑行的距离为0.9m.
如图,物体重为10N,物体与地面间的动摩擦因数为0.2,水平力F作用在物体上时,物体刚好在水平面上匀速运动,则F的大小为______N,若保持F的大小不变而方向突然改为与水平方向成370角斜向上方(图中虚线方向),则此时刻物体的加速度大小为______m/s2.(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
正确答案
2
0.16
解析
解:物体开始做匀速直线运动,有F=μmg=0.2×10N=2N.
保持F的大小不变而方向突然改为与水平方向成370角斜向上方(图中虚线方向),在竖直方向上有:N=mg-Fsin37°=10-2×0.6N=8.8N.
则加速度a=.
故答案为:2,0.16.
一质量为1kg的物块置于水平地面上.现用一个水平恒力F 拉物块,一段时间后撤去恒力F,已知从物体开始运动到停止,经历的时间为4s,运动的位移为10
m物体与地面间的动摩擦因数为
.(g=10m/s2)
(1)求此过程最大速度?
(2)求恒力F的大小?
(3)若力F的大小可调节,其与竖直方向的夹角为θ也可以调节,如图所示,其他条件不变,若在力F作用下物体匀速运动,求力F的最小值及此时B1的大小.
正确答案
解:(1)根据匀变速直线运动平均速度的推论知,x=vt
解得匀加速运动的末速度v=5 m/s
(2)匀减速阶段a2=μg= m/s2
时间t2=1.5s
则匀加速阶段的时间t1=(4-1.5)s=2.5s
则加速阶段a1==2
m/s2
由F-μmg=ma1
代入数据解得F= N.
(2)由匀速可知,根据平衡有:Fsin θ=μ(mg-Fcos θ)
得F==
tan φ0=μ= φ0=30°
当θ=60°时,Fmin=5N.
答:(1)最大速度为5m/s;
(2)恒力F的大小为 N.
(3)力F的最小值为5N,此时θ的大小为60°
解析
解:(1)根据匀变速直线运动平均速度的推论知,x=vt
解得匀加速运动的末速度v=5 m/s
(2)匀减速阶段a2=μg= m/s2
时间t2=1.5s
则匀加速阶段的时间t1=(4-1.5)s=2.5s
则加速阶段a1==2
m/s2
由F-μmg=ma1
代入数据解得F= N.
(2)由匀速可知,根据平衡有:Fsin θ=μ(mg-Fcos θ)
得F==
tan φ0=μ= φ0=30°
当θ=60°时,Fmin=5N.
答:(1)最大速度为5m/s;
(2)恒力F的大小为 N.
(3)力F的最小值为5N,此时θ的大小为60°
如图所示,U形槽放在水平桌面上,物体M放于槽内静止,此时弹簧对物体的压力为3N,物体的质量为0.5kg,与槽底之间无摩擦.使槽与物体M一起以6m/s2的加速度向左水平运动时( )
正确答案
解析
解:设物体和左侧槽壁间恰好无作用力时物体的加速度a0.
由题,此时弹簧与左侧槽仍接触,弹簧对物体的弹力大小为F=3N,方向向左,
根据牛顿第二定律得:a0==
=6m/s2,
则当物体以6m/s2的加速度向左运动时,所受合力F合=ma=3N,正好由弹簧的弹力提供,m与槽左侧接触但无弹力作用.
所以弹簧对物体的压力等于3N,物体对左侧槽壁的压力等于零.
故选:B.
如图所示,用水平力F拉静放在光滑水平地面A处上的物体,到达B处时物体的速度大小为v,此时若改用方向相反,大小为8F的力作用在物体上,使物体能回到A处,则物体回到B处时的速度大小为______,回到A处时的速度大小为______.
正确答案
v
3v
解析
解:对A到B过程运用动能定理:FL=;
对B到C再到B过程运用动能定理:W==0,故v′=v;
对B到A过程运用动能定理:8F;
联立解得:vA=3v;
故答案为:v,3v.
如图所示,一辆平板小车静止在水平地面上,小车的质量M=3.0kg,平板车长度L=l.0m,平板车的上表面距离店面的高度H=0.8m.某时刻,一个质量m=1.0kg的小物块(可视为质点)以v0=3.0m/s的水平速度滑上小车的左端,与此同时相对小车施加一个F=15N的水平向右的恒力.物块与小车之间的动摩擦因数μ=0.30,不计小车与地面间的摩擦.重力加速度g取10m/s2.求:
(1)物块相对小车滑行的最大距离;
(2)物块落地时,物块与小车左端之间的水平距离.
正确答案
解:(1)假设物块不会从小车右端滑出,设从物块滑上小车,经过时间t1后,物块与小车达到共同速度v1,这段时间内物块做匀减速运动,小车做匀加速直线运动.
根据牛顿第二定律得,物块的加速度,方向向左.
小车的加速度=6m/s2,方向向右.
根据v1=v0-a物1t1,=a车1t1,
代入数据解得,v1=2.0m/s.
则,
,
物块相对小车滑行的距离△x1=x物1-x车1=0.5m,
因为△x1<L,所以物块没有从小车右端滑出,此后物块的速度小于小车的速度,将相对小车向左端运动,所以物块相对小车滑行的最大距离△x1=0.5m.
(2)物块相对小车向左端滑动的过程中,物块和小车都做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律得,
物块的加速度,方向向右.
小车的加速度=4m/s2.方向向右.
设再经过时间t2,物块运动到小车的左端,这段时间内,物块和小车的位移分别为
,
,
由因为x车2-x物2=△x1,
代入数据解得t2=1.0s,
此时v物2=v1+a物2t2=5m/s,
v车2=v1+a车2t2=6m/s,
此时物块从小车左端滑行,做平抛运动,小车做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律,
小车的加速度,
设物块做平抛运动的时间为t3,
H=,
解得t3=0.4s,
这段时间内物块在水平方向的位移x物3=v物2t3=5×0.4m=2m,
小车的位移,
代入数据解得x车3=2.8m
所以物块落地时,物块与小车左端之间的水平距离△x=x车3-x物3=2.8-2m=0.8m.
答:(1)物块相对小车滑行的最大距离为0.5m;
(2)物块落地时,物块与小车左端之间的水平距离为0.8m.
解析
解:(1)假设物块不会从小车右端滑出,设从物块滑上小车,经过时间t1后,物块与小车达到共同速度v1,这段时间内物块做匀减速运动,小车做匀加速直线运动.
根据牛顿第二定律得,物块的加速度,方向向左.
小车的加速度=6m/s2,方向向右.
根据v1=v0-a物1t1,=a车1t1,
代入数据解得,v1=2.0m/s.
则,
,
物块相对小车滑行的距离△x1=x物1-x车1=0.5m,
因为△x1<L,所以物块没有从小车右端滑出,此后物块的速度小于小车的速度,将相对小车向左端运动,所以物块相对小车滑行的最大距离△x1=0.5m.
(2)物块相对小车向左端滑动的过程中,物块和小车都做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律得,
物块的加速度,方向向右.
小车的加速度=4m/s2.方向向右.
设再经过时间t2,物块运动到小车的左端,这段时间内,物块和小车的位移分别为
,
,
由因为x车2-x物2=△x1,
代入数据解得t2=1.0s,
此时v物2=v1+a物2t2=5m/s,
v车2=v1+a车2t2=6m/s,
此时物块从小车左端滑行,做平抛运动,小车做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律,
小车的加速度,
设物块做平抛运动的时间为t3,
H=,
解得t3=0.4s,
这段时间内物块在水平方向的位移x物3=v物2t3=5×0.4m=2m,
小车的位移,
代入数据解得x车3=2.8m
所以物块落地时,物块与小车左端之间的水平距离△x=x车3-x物3=2.8-2m=0.8m.
答:(1)物块相对小车滑行的最大距离为0.5m;
(2)物块落地时,物块与小车左端之间的水平距离为0.8m.
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