- 牛顿第二定律
- 共12933题
电梯的地板上有一个物体,它对地板的压力随时间变化的图象如图所示,电梯从静止开始运动,到16s后停了下来,试分析电梯的运动情况,并计算出16s内电梯运动的位移.(g 取 10m/s2)
正确答案
解析
解:由图知物体的重力为G=2N,由G=mg得 m=0.2kg
则在0~4s内压力小于重力,物体处于失重状态,由于物体从静止开始运动的,所以在0~4s内向下做匀加速运动;
4~12s内压力等于重力,物体向下做匀速直线运动;12~16s内压力大于重力,物体向下做匀减速运动;16s后物体停止运动.
在0-4s内,加速度为:a1==
=1m/s2
位移 =
=8m
4s末的速度为:v1=a1t1=1×4m/s=4m/s.
4-12s内的位移为:x2=v1t2=4×8m=32m.
12-16s内,加速度大小为:a3==
=1m/s2;
位移为:x3=v1t3=4×4-
×1×42=8m
所以物体在0~16s内的位移为:x=x1+x2+x3=48m
答:16s内电梯运动的位移是48m.
质量为M=10kg、长为L=1m、上表面光滑的长木板在F=50N水平恒力的作用下,以速度v0=5.5m/s沿水平地面向左做匀速直线运动.现有足够多的小铁块,它们的质量均为m=1kg,将第一个铁块无初速度地放在木板的最左端,当第一个铁块离开木板的同时,又在木板最左端无初速度放上第二个铁块,只要前一个铁块刚离开木板,就接着无初速度放上另一个铁块.求:最终第几个铁块能留在木板上,留在木板上的铁块离木板右端多远?(g=10m/s2)
正确答案
解:开始时刻,木板在拉力F作用下做匀速直线运动,由平衡条件得:
μMg=F,解得:μ==
=0.5,
当将小铁块放到木板上后,木板将做匀减速直线运动,设加速度为a,由牛顿第二定律得
μ(M+m)g-F=Ma,
解得a==
=0.5 m/s2,
设板减速到零时位移为s,则v=2as,
解得s==
=30.25 m.
因每运动L=1 m释放一个小铁块,共释放n=且n取整数n=31,最终第31个铁块能留在木板上,留在木板上的铁块离木板右端距离为△s=0.75 m.
答:最终第31个铁块能留在木板上,留在木板上的铁块离木板右端距离为0.75m.
解析
解:开始时刻,木板在拉力F作用下做匀速直线运动,由平衡条件得:
μMg=F,解得:μ==
=0.5,
当将小铁块放到木板上后,木板将做匀减速直线运动,设加速度为a,由牛顿第二定律得
μ(M+m)g-F=Ma,
解得a==
=0.5 m/s2,
设板减速到零时位移为s,则v=2as,
解得s==
=30.25 m.
因每运动L=1 m释放一个小铁块,共释放n=且n取整数n=31,最终第31个铁块能留在木板上,留在木板上的铁块离木板右端距离为△s=0.75 m.
答:最终第31个铁块能留在木板上,留在木板上的铁块离木板右端距离为0.75m.
在水平地面上有一个质量为4kg的物体,物体在水平拉力F的作用下由静止开始运动.10s末拉力减为
F,方向不变,该物体的v-t图象如图所示.求:
(1)物体在两个过程中的加速度大小
(2)物体受到的水平拉力F的大小及与地面间的动摩擦因数.(g=10m/s2)
正确答案
解:(1)由v-t图象可知:物体在前10s内的加速度为:
a1==
=1m/s2
物体在10-30s内的加速度大小为:a2==
=0.5m/s2.
(2)对物块进行受力分析,由牛顿第二定律可知:
0-10s内有:F-μmg=ma1…①
10s-30s内有:μmg-F=ma2…②
代入m和a1、a2可解得:F=9N,μ=0.125
答:
(1)物体在两个过程中的加速度大小分别为1m/s2和0.5m/s2.
(2)物体受到的水平拉力F的大小是9N,地面间的动摩擦因数是0.125.
解析
解:(1)由v-t图象可知:物体在前10s内的加速度为:
a1==
=1m/s2
物体在10-30s内的加速度大小为:a2==
=0.5m/s2.
(2)对物块进行受力分析,由牛顿第二定律可知:
0-10s内有:F-μmg=ma1…①
10s-30s内有:μmg-F=ma2…②
代入m和a1、a2可解得:F=9N,μ=0.125
答:
(1)物体在两个过程中的加速度大小分别为1m/s2和0.5m/s2.
(2)物体受到的水平拉力F的大小是9N,地面间的动摩擦因数是0.125.
如图所示,长为
m木板,质量为M=2kg放在摩擦因数u1=0.2的粗糙水平面上,在板的右前端放有一质量为m=1kg的小滑块.(可看成是质点).滑块与板的摩擦因数u2=0.1,开始时它们都静止.现对M的左端施一水平恒力F=13N推M向右运动.问:(g取10m/s2)
(1)F推M向右运动的过程中,M、m的加速度各为多少?
(2)要使m与M脱离,则推力F的作用时间至少为多大?
正确答案
解:(1)二者能共同加速的最大加速度为am=μ2g=1m/s2,
此时外力F=(M+m)a=(2+1)×1=3N<13N,
所以二者发生相对滑动,am=μ2g=1m/s2,
=3m/s2
(2)设F作用t移后撤去,它们由于惯性再次再次发生相对滑动.恰好脱离时它们速度相同.根据相对运动公式:
刚撤去F时,它们的相对速度V相=(aM-am)t=2t
木板的加速度
物块的加速度
△S1+△S2=L即:
解得t=1s
答:(1)F推M向右运动的过程中,M、m的加速度分别为1m/s2,3m/s2
(2)要使m与M脱离,则推力F的作用时间至少为1s.
解析
解:(1)二者能共同加速的最大加速度为am=μ2g=1m/s2,
此时外力F=(M+m)a=(2+1)×1=3N<13N,
所以二者发生相对滑动,am=μ2g=1m/s2,
=3m/s2
(2)设F作用t移后撤去,它们由于惯性再次再次发生相对滑动.恰好脱离时它们速度相同.根据相对运动公式:
刚撤去F时,它们的相对速度V相=(aM-am)t=2t
木板的加速度
物块的加速度
△S1+△S2=L即:
解得t=1s
答:(1)F推M向右运动的过程中,M、m的加速度分别为1m/s2,3m/s2
(2)要使m与M脱离,则推力F的作用时间至少为1s.
如图甲所示,质量为m的相同木块A和木板B叠放在水平面上,A光滑且位于B的最右端,B与地面间动摩擦因数为μ,水平力F=mg作用在B上,A、B以2m/s的共同速度沿水平面向右匀速运动,0.2s后F加倍,0.2S前二者速度v随时间t的变化关系如图所示,g=10m/s2.
(1)试求μ的值;
(2)若B足够长,请在乙图中作出0.2s~0.4sA、B运动的v-t图线,并标出0.4s时的纵坐标值;
(3)若前0.4sA不会从B上滑落,木板B至少有多长.
正确答案
解:(1)在0~0.2s内A、B做匀速直线运动,分析B根据平衡条件有F=2μmg
又F=mg
解得:μ=0.5
(2)0.2s~0.4s,A运动状态不变,继续做匀速直线运动,B做匀加速运动,根据牛顿第二定律得:
2F-2μmg=ma
解得:a=2μg=10m/s2
0.4s时B的速度v=v0+at=2m/s+10×0.2m/s=4m/s
如图所示
(3)根据(2)问所作图象知木板B长至少为
答:(1)试求μ的值为0.5m/s2;
(2)若B足够长,请在乙图中作出0.2s~0.4sA、B运动的v-t图线,并标出0.4s时的纵坐标值为4m/s;
(3)若前0.4sA不会从B上滑落,木板B至少有0.2m.
解析
解:(1)在0~0.2s内A、B做匀速直线运动,分析B根据平衡条件有F=2μmg
又F=mg
解得:μ=0.5
(2)0.2s~0.4s,A运动状态不变,继续做匀速直线运动,B做匀加速运动,根据牛顿第二定律得:
2F-2μmg=ma
解得:a=2μg=10m/s2
0.4s时B的速度v=v0+at=2m/s+10×0.2m/s=4m/s
如图所示
(3)根据(2)问所作图象知木板B长至少为
答:(1)试求μ的值为0.5m/s2;
(2)若B足够长,请在乙图中作出0.2s~0.4sA、B运动的v-t图线,并标出0.4s时的纵坐标值为4m/s;
(3)若前0.4sA不会从B上滑落,木板B至少有0.2m.
如图所示,ab、cd是竖直面内两根固定的光滑细杆,ab、cd两端位于相切的两个竖直圆周上,每根杆上都套着一个小滑环(图中未画出),两个滑环分别从a、c处释放(初速为0),用t1、t2依次表示滑环从a到b和从c到d所用的时间,则t1______t2.(填“大于、等于或小于”)
正确答案
等于
解析
解:设轨道与竖直方向的倾角为θ,根据几何关系得,轨道的长度L=(2R1+2R2)cosθ,加速度a==gcosθ,根据L=
得,t=
,与倾角无关,则t1=t2.
故答案为:等于.
一汽车行驶时遇到紧急情况,驾驶员迅速正确地使用制动器在最短距离内将车停住,称为紧急制动.设此过程中使汽车减速的阻力与汽车对地面的压力成正比,其比例系数只与路面有关.已知该车以72km/h的速度在平直公路上行驶,紧急制动距离为25m;若在相同的路面上,该车以相同的速率在坡度(斜坡的竖直高度和水平距离之比称为坡度)为1:10的斜坡上向下运动,则紧急制动距离将变为多少?(g=10m/s2,结果保留两位有效数字)
正确答案
解:以汽车初速度方向为正方向,设质量为m的汽车受到的阻力与其对路面压力之间的比例系数为μ,在平直公路上紧急制动的加速度为a1.
根据牛顿第二定律-μmg=ma1 ①
根据匀减变速直线运动规律 a1=μg②
联立解得 μ═0.8
设汽车沿坡角为θ的斜坡向下运动时,紧急制动的加速度为a2,制动距离为S2.
根据牛顿第二定律 mgsinθ-μmgcosθ=ma2 ③
根据匀变速直线运动规律 S2= ④
由题意知tanθ=0.1,则 sinθ≈0.1
cosθ≈1
联立解得 S2=29m ⑤
答:紧急制动距离将变为29m.
解析
解:以汽车初速度方向为正方向,设质量为m的汽车受到的阻力与其对路面压力之间的比例系数为μ,在平直公路上紧急制动的加速度为a1.
根据牛顿第二定律-μmg=ma1 ①
根据匀减变速直线运动规律 a1=μg②
联立解得 μ═0.8
设汽车沿坡角为θ的斜坡向下运动时,紧急制动的加速度为a2,制动距离为S2.
根据牛顿第二定律 mgsinθ-μmgcosθ=ma2 ③
根据匀变速直线运动规律 S2= ④
由题意知tanθ=0.1,则 sinθ≈0.1
cosθ≈1
联立解得 S2=29m ⑤
答:紧急制动距离将变为29m.
如图所示,一个质量m=2kg的物块放在光滑的水平面上,对其施加一个F=10N的水平拉力,使物块由静止开始做匀加速直线运动.求:
(1)物体加速度的大小a;
(2)物体开始运动后在t=2s内通过的位移x.
正确答案
解:(1)物体受重力、支持力和拉力,合力等于拉力
根据牛顿第二定律 F=ma
物体的加速度a==
m/s2=5 m/s2
即物体加速度的大小为5 m/s2.
(2)物体在t=2 s内位移的大小
x==
5×22=10 m
即物体开始运动后在t=2s内通过的位移为10m.
解析
解:(1)物体受重力、支持力和拉力,合力等于拉力
根据牛顿第二定律 F=ma
物体的加速度a==
m/s2=5 m/s2
即物体加速度的大小为5 m/s2.
(2)物体在t=2 s内位移的大小
x==
5×22=10 m
即物体开始运动后在t=2s内通过的位移为10m.
水平传送带被广泛地应用于机场和火车站,用于对旅客的行李进行安全检查.如图所示为一水平传送带装置示意图,紧绷的传送带AB始终保持v=1m/s的恒定速率运行.旅客把行李无初速度地放在A处,设行李与传送带之间的动摩擦因数μ=0.1,AB间的距离为2m,g取10m/s2.若乘客把行李放到传送带的同时也以v=1m/s的恒定速度平行于传送带运动去B处取行李,则( )
正确答案
解析
解:A、B、C、由牛顿第二定律,得 μmg=ma得 a=1m/s2.设行李做匀加速运动的时间为t,行李加速运动的末速度为v=1m/s.由v=at1 代入数值,得t1=1s,匀加速运动的位移大小为:
x==0.5m,
匀速运动的时间为:t2==1.5s,
行李从A到B的时间为:t=t1+t2=1+1.5=2.5s.
而乘客一直做匀速运动,从A到B的时间为t人==2s.故乘客提前0.5 s到达B.故A、B错误C正确;
D、若行李一直做匀加速运动时,运动时间最短.由L=,解得最短时间tm=2s.故D正确.
故选:CD.
如图所示,一质量m=0.4kg的小物块,以v0=2m/s的初速度,在与斜面成某一夹角的拉力F作用下,沿斜面向上做匀加速运动,经t=2s的时间物块由A点运动到B点,A、B之间的距离L=10m.已知斜面倾角θ=30°,物块与斜面之间的动摩擦因数μ=
.重力加速度g取10m/s2.物块到达B点时速度的大小为______m/s; 拉力F与斜面成某一夹角时,拉力F最小,此拉力F的最小值是______N.
正确答案
8
2.6
解析
解:(1)物体做匀加速直线运动,根据运动学公式,有:
L=v0t+at2①
v=v0+at ②
联立解得;
a=3m/s2
v=8m/s
(2)对物体受力分析,受重力、拉力、支持力和滑动摩擦力,如图:
根据牛顿第二定律,有:
平行斜面方向:Fcosα-mgsin30°-Ff=ma
垂直斜面方向:Fsinα+FN-mgcos30°=0
其中:Ff=μFN
联立解得:
F==
故当α=30°时,拉力F有最小值,为Fmin=N=2.6
N;
故答案为:8;.
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