- 牛顿第二定律
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中国首次太空授课活动于2013年6月20日上午举行,如图所示,航天员王亚平利用“天宫一号”中的“质量测量仪”测量航天员聂海胜的质量为74kg.测量时,聂海胜与轻质支架被王亚平水平拉离初始位置,且处于静止状态,当王亚平松手后,聂海胜与轻质支架受到一个大小为100N的水平恒力作用而复位,用光栅测得复位时瞬间速度为1m/s,则复位的时间为( )
正确答案
解析
解:根据牛顿第二定律得,加速度为:a==
=
m/s2,
则复位的时间为:t==
=0.74s;
故选:A.
如图所示,有一水平放置的足够长的皮带输送机以v=5m/s的速率沿顺时针方向运行.有一物体以v0=10m/s的初速度从皮带输送机的右端沿皮带水平向左滑动.若物体与皮带间的动摩擦因素μ=0.5,并取g=10m/s2,求物体从滑上皮带到离开皮带所用的时间.
正确答案
解:物块滑上传送带时,受到向右的滑动摩擦力,向左做匀减速运动,
由牛顿第二定律得:μmg=ma,
加速度:a=μg=0.5×10=5m/s2,
由匀变速运动的速度位移公式可得,物块速度变为零时的位移:
s==10m,
物体向左运动的时间
t左==2s;
物块速度变为零后,反向向右做初速度为零的匀加速运动,
加速度a=5m/s2,物块速度等于传送带速度v=5m/s时,
物块的位移s1==2.5m<s=10m,t1=
=1s,
运动时间然后物块与传送带一起向右做匀速直线运动,
物块做匀速直线运动的时间:t2==1.5s,
物块从滑上传送带到滑下传送带所用的时间:t=t左+t1+t2=4.5s
答:物块从滑上传送带到滑下传送带所用的时间4.5s
解析
解:物块滑上传送带时,受到向右的滑动摩擦力,向左做匀减速运动,
由牛顿第二定律得:μmg=ma,
加速度:a=μg=0.5×10=5m/s2,
由匀变速运动的速度位移公式可得,物块速度变为零时的位移:
s==10m,
物体向左运动的时间
t左==2s;
物块速度变为零后,反向向右做初速度为零的匀加速运动,
加速度a=5m/s2,物块速度等于传送带速度v=5m/s时,
物块的位移s1==2.5m<s=10m,t1=
=1s,
运动时间然后物块与传送带一起向右做匀速直线运动,
物块做匀速直线运动的时间:t2==1.5s,
物块从滑上传送带到滑下传送带所用的时间:t=t左+t1+t2=4.5s
答:物块从滑上传送带到滑下传送带所用的时间4.5s
某同学为估测摩托车在水泥路上行驶时所受的牵引力,设计了下述实验:
将输液用500mL的玻璃瓶装适量水后,连同输液管一起绑在摩托车上,调节输液管的滴水速度,刚好每隔1.00s滴一滴.该同学骑摩托车,先使之加速至某一速度,然后熄火,让摩托车沿直线滑行.下图为某次实验中水泥路面上的部分水滴(左侧为起点)设该同学质量为50kg,摩托车质量为75kg,g=10m/s2.根据该同学的实验结果可估算
(1)骑摩托车加速时的加速度大小为______ m/s2.
(2)摩托车加速时的牵引力大小为______ N. (保留三位有效数字)
正确答案
3.79
498
解析
解:(1)已知前四段位移,根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT2可以求出加速度的大小,
得:x4-x2=2a1T2
x3-x1=2a2T2
为了更加准确的求解加速度,我们对两个加速度取平均值
得:a=(a1+a2)
即摩托车加速运动时的加速度计算表达式为:
a==3.79m/s2,
(2)同理,摩托车滑行时的加速度a′=
带入数据得:摩托车减速时的加速度a′=-0.19 m/s2,负号表示摩托车做匀减速运动.
由牛顿第二定律,得
加速过程:F-f=ma
减速过程:-f=ma′,
解得:F=m(a+a2)=497.5N≈498N
故答案为:
(1)3.79;
(2)498
如图所示,不计绳的质量及绳与滑轮的摩擦,物体A的质量为M,水平面光滑,当在绳端施以F=mg的竖直向下的拉力作用时,物体A的加速度为a1,当在B端挂一质量为mkg的物体时,A的加速度为a2,则a1与a2的关系正确的是( )
正确答案
解析
解:当在绳端施以F=mg的竖直向下的拉力作用时,对A分析,根据牛顿第二定律得,.
在B端挂一质量为mkg的物体时,对整体分析,根据牛顿第二定律得,.则a1>a2.故B正确,A、C、D错误.
故选B.
在倾角为θ的长斜面上有一带有风帆的滑块从静止开始沿斜面下滑,滑块质量为m,它与斜面间动摩擦因数为μ.帆受到的空气阻力与滑块下滑的速度大小成正比,即Ff=kv.
(1)写出滑块下滑加速度的表达式.
(2)写出滑块下滑的最大速度表达式.
(3)若m=2kg,θ=30°,g取10m/s2.滑块从静止下滑的速度图象如图所示,图中直线是t=0时v-t图线的切线,由此求出μ、k的值.
正确答案
解:(1)对物体受力分析,受重力G、支持力FN、风力F风和滑动摩擦力F滑;
根据牛顿第二定律,有
Gsinθ-μGcosθ-kv=ma
则:a=g(sinθ-μcosθ)-v
(2)当a=0时,v最大,
此时有:Gsinθ=μGcosθ+kv最大
则:v最大=
(3)由图象中直线部分可得:a=g(sinθ-μcosθ)=3 m/s2
解得:μ=0.23
由图象曲线部分可得:v最大==2 m/s
解得:k=3.0N•s/m
答:(1)滑块下滑加速度的表达式为a=g(sinθ-μcosθ)-v;
(2)滑块下滑的最大速度表达式为v最大=;
(3)动摩擦因数的值为0.23,比例系数k为3.0N•s/m.
解析
解:(1)对物体受力分析,受重力G、支持力FN、风力F风和滑动摩擦力F滑;
根据牛顿第二定律,有
Gsinθ-μGcosθ-kv=ma
则:a=g(sinθ-μcosθ)-v
(2)当a=0时,v最大,
此时有:Gsinθ=μGcosθ+kv最大
则:v最大=
(3)由图象中直线部分可得:a=g(sinθ-μcosθ)=3 m/s2
解得:μ=0.23
由图象曲线部分可得:v最大==2 m/s
解得:k=3.0N•s/m
答:(1)滑块下滑加速度的表达式为a=g(sinθ-μcosθ)-v;
(2)滑块下滑的最大速度表达式为v最大=;
(3)动摩擦因数的值为0.23,比例系数k为3.0N•s/m.
已知雨滴在空中运动时所受空气阻力f=kr2υ2,其中k为比例系数,r为雨滴半径,υ为其运动速率.t=0时,雨滴由静止开始下落,加速度用a表示.落地前雨滴已做匀速运动,速率为υ0.下列图象中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、t=0时,雨滴由静止开始下落,v=0,所受空气阻力f=kr2υ2=0,则此时雨滴只受重力,加速度为g,随着雨滴速度增大,所受空气阻力增大,根据牛顿第二定律mg-f=ma,则加速度减小,即雨滴做加速度逐渐减小的加速运动,当最后f=kr2υ2=mg时,加速度减小到零,速度再不变,雨滴匀速,故A正确,B正确;
C、当最后匀速运动时有kr2υ02=mg=ρg,可得最大速率与
成正比,υ02∝r,故C正确,D错误;
故选:ABC.
蹦床运动要求运动员在一张绷紧的弹性网上蹦起、腾空并做空中运动.为了测量运动员跃起的高度,训练时可在弹性网上安装压力传感器,利用传感器记录弹性网所受的压力,并在计算机上作出压力-时间图象,假如作出的图象如图所示.设运动员在空中运动时可视为质点,则运动员跃起的最大高度约为(g取10m/s2)( )
正确答案
解析
解:由图可知运动员在空中的最长时间为:t=4.3s-2.3s=2s
运动员做竖直上抛运动,所以跃起最大高度为:
h=.,故ABD错误,C正确.
故选C.
(2015秋•秦皇岛校级期中)如图所示,物体A放在光滑水平面上(距离右端定滑轮足够远),与物体B用跨过光滑定滑轮的细线相连接,质量分别为mA和mB.现让它们由静止开始运动,重力加速度为g,求:
(1)物体A和B的加速度大小.
(2)如果把A、B两物体位置互换,仍由静止开始运动,试通过计算比较前后两次绳子张力T1、T2大小.
正确答案
解:(1)解:设加速度大小为a1,绳子拉力为T1,
由牛顿第二定律得:
对A:T1=mAa1 ①
对B:mBg-T1=mBa1 ②
由 ①②解得:a1=,T1=
;
(2)设互换后加速度大小为a2绳子拉力为T2,
由牛顿第二定律得:
对B:T2=mBa2 ③
对A:mAg-T2=mAa2 ④
由③④解得:a2=,T2=
,
则:T1=T2;
答:(1)物体A和B的加速度大小为.
(2)前后两次绳子张力T1、T2大小相等.
解析
解:(1)解:设加速度大小为a1,绳子拉力为T1,
由牛顿第二定律得:
对A:T1=mAa1 ①
对B:mBg-T1=mBa1 ②
由 ①②解得:a1=,T1=
;
(2)设互换后加速度大小为a2绳子拉力为T2,
由牛顿第二定律得:
对B:T2=mBa2 ③
对A:mAg-T2=mAa2 ④
由③④解得:a2=,T2=
,
则:T1=T2;
答:(1)物体A和B的加速度大小为.
(2)前后两次绳子张力T1、T2大小相等.
如图所示,一根轻弹簧竖直直立在水平地面上,下端固定,在弹簧的正上方有一个物块,物块从高处自由下落到弹簧上端O,将弹簧压缩,弹簧被压缩了x0时,物块的速度变为零.从物块与弹簧接触开始,物块的加速度的大小随下降的位移x变化的图象可能是图中的( )
正确答案
解析
解:物块接触弹簧后,在开始阶段,物块的重力大于弹簧的弹力,合力向下,加速度向下,根据牛顿第二定律得
mg-kx=ma,得到a=g-,a与x是线性关系,当x增大时,a减小;
当弹力等于重力时,物块的合力为零,加速度a=0;
当弹力大于重力后,物块的合力向上,加速度向上,根据牛顿第二定律得,kx-mg=ma,得到a=-g,a与x是纯性关系,当x增大时,a增大.
若物块接触弹簧时无初速度,根据简谐运动的对称性,可知物块运动到最低点时加速度大小等于g,方向竖直向上,当小球以一定的初速度压缩弹簧后,物块到达最低点时,弹簧的压缩增大,加速度增大,大于g.
故选:D
(2015秋•厦门校级月考)如图所示,电梯与水平面夹角为30°,当电梯以加速度a向上运动时.
(1)梯面对人的支持力是多少?
(2)人与梯面间的摩擦力多大?(已知人的质量为m,重力加速度为g)
正确答案
解:以人为研究对象,如图进行受力分析,建立直角坐标,
将加速度a分解成水平方向的加速度:ax=acosθ,
竖直方向的加速度:ay=asinθ,
由牛顿第二定律得:
水平方向:f=max=macosθ=macos30°=ma,
竖直方向:N-mg=may,
所以 N=mg+masinθ=mg+masin30°=m(g+a)
答:(1)梯面对人的支持力是m(g+a);
(2)人与梯面间的摩擦力为ma.
解析
解:以人为研究对象,如图进行受力分析,建立直角坐标,
将加速度a分解成水平方向的加速度:ax=acosθ,
竖直方向的加速度:ay=asinθ,
由牛顿第二定律得:
水平方向:f=max=macosθ=macos30°=ma,
竖直方向:N-mg=may,
所以 N=mg+masinθ=mg+masin30°=m(g+a)
答:(1)梯面对人的支持力是m(g+a);
(2)人与梯面间的摩擦力为ma.
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