- 牛顿第二定律
- 共12933题
(2015秋•湖北月考)如图所示,水平桌面上叠放着一质量为m=1kg的金属块A(可看作质点)和质量为M=2kg的木板B,B的长度L=3.5m,A和B之间、B与地面之间的动摩擦因数分别为μ1=0.4,μ2=0.1.现对A施加大小为5N、水平向右的恒力F,同时给B一个瞬时作用使B获得向左的初速度Vo,Vo=3.5m/s,则经过多长时间A从B右端脱离?(g取10m/s2)
正确答案
解:B向左运动过程中,由牛顿第二定律,
对A:F-μ1mg=maA
对B:μ1mg+μ2(M+m)g=M aB
解得:aA=1m/s2,aB=3.5m/s2,
设经时间t1,B速度减为零:t1==1s,
A的位移:x1=aAt12=0.5m,向右,
B的位移:x2=vot1=1.75m,向左,
此时A离B右端:d=L-(x1+x2)=1.25m,
B反向向右加速:aB′==0.5m/s2,
设经时间t2A到达B的右端:d=aA t1 t2+aB t22-
aB′t22,
解得:t2=1s(另一解为负,舍去),总时间t=t1+t2=2s;
答:经过2sA从B右端脱离.
解析
解:B向左运动过程中,由牛顿第二定律,
对A:F-μ1mg=maA
对B:μ1mg+μ2(M+m)g=M aB
解得:aA=1m/s2,aB=3.5m/s2,
设经时间t1,B速度减为零:t1==1s,
A的位移:x1=aAt12=0.5m,向右,
B的位移:x2=vot1=1.75m,向左,
此时A离B右端:d=L-(x1+x2)=1.25m,
B反向向右加速:aB′==0.5m/s2,
设经时间t2A到达B的右端:d=aA t1 t2+aB t22-
aB′t22,
解得:t2=1s(另一解为负,舍去),总时间t=t1+t2=2s;
答:经过2sA从B右端脱离.
民航客机都有紧急出口,打开紧急出口,狭长的气囊会自动充气,生成一条连接出口与地面的斜面,人员可沿斜面滑行到地面上,并以不变速率进入水平面,在水平面上再滑行一段距离而停止,如图所示.若机舱口下沿距地面3.6m,气囊构成的斜面长度为6.0m,一个质量60kg的人沿气囊滑下时所受到的摩擦阻力是240N.若人与水平面动摩擦因数与斜面相同,g=10m/s2.求:
(1)人与斜面的动摩擦因数;
(2)人在斜面上下滑的时间;
(3)人在水平面上滑行的距离.
正确答案
解:(1)设气囊倾角为α,由几何关系知
sinα=
所以α=37°
摩擦力f=μN=μmgcosα
所以
(2)人在气囊上下滑过程中mgsinα-f=ma1
下滑时间
(3)人到达地面的速度
人在地面上运动的加速度
人在水平面上滑行的距离
答:(1)人与斜面的动摩擦因数0.5;
(2)人在斜面上下滑的时间2.45s;
(3)人在水平面上滑行的距离2.4m
解析
解:(1)设气囊倾角为α,由几何关系知
sinα=
所以α=37°
摩擦力f=μN=μmgcosα
所以
(2)人在气囊上下滑过程中mgsinα-f=ma1
下滑时间
(3)人到达地面的速度
人在地面上运动的加速度
人在水平面上滑行的距离
答:(1)人与斜面的动摩擦因数0.5;
(2)人在斜面上下滑的时间2.45s;
(3)人在水平面上滑行的距离2.4m
舰载战斗机在运动的航母上降落,风险之高,难度之大,一向被喻为:“刀尖上的舞蹈”.舰载战斗机的降落可简化为下列物理模型:时速为3km/h的舰载机在航母阻拦系统的帮助下做匀减速运动100m后安全停下.而以时速250km/h的普通战斗机在机场上降落需滑行1000m.g取10m/s2取试求:
(1)舰载机和战斗机降落的加速度大小之比.
(2)舰载机飞行员在航母上降落时所受的水平方向的作用力与其自身的体重之比.
正确答案
解:(1)设舰载机和普通战斗机降落时加速度大小分别为a1和a2,
根据运动学公式:v2=2ax,
得:=
,解得:
=
.
(2)对舰载机分析:v舰2=2a1x1,
设飞行员质量为m,所受作用力为F.
由牛顿运动定律:F=ma1,解得:F=34.7m
故舰载机飞行员在航母上降落时所受的作用力与其自身的体重之比=3.47.
答:(1)舰载机和普通战斗机降落时的加速度大小之比为72:5.
(2)舰载机飞行员在航母上降落时所受的水平方向的作用力与其自身的体重之比为3.47.
解析
解:(1)设舰载机和普通战斗机降落时加速度大小分别为a1和a2,
根据运动学公式:v2=2ax,
得:=
,解得:
=
.
(2)对舰载机分析:v舰2=2a1x1,
设飞行员质量为m,所受作用力为F.
由牛顿运动定律:F=ma1,解得:F=34.7m
故舰载机飞行员在航母上降落时所受的作用力与其自身的体重之比=3.47.
答:(1)舰载机和普通战斗机降落时的加速度大小之比为72:5.
(2)舰载机飞行员在航母上降落时所受的水平方向的作用力与其自身的体重之比为3.47.
如图所示,OD 是水平面,AB 和 AC 为两个倾角不同的斜面,一质点由斜面顶端的 A 点静止释放,第一次沿斜面 AB 滑下,最后停在D点,第二次沿斜面 AC 滑下.设各处动摩擦因数均相同,且物体经过 B、C处时均无能量损失.则下列关于该物体运动和最终停止位置的说法,正确的是( )
正确答案
解析
解:设A距离地面的高度为h,动摩擦因数为μ,斜面的倾角为θ,对全过程运用动能定理有,mgh-μmgcosθs1-μmgs2=0,整理得:mgh-μmg(s1cosθ+s2)=0,而s1cosθ+s2等于OC的长度.与倾角无关,故停放的位置不变.故A正确,B错误.
两次下滑停止的位置相同,减少的动能相同减少的重力势能也相同,所以减少的机械能相等,故C正确;
从斜面下滑到底端时时,根据动能定理:mgh-μmgcosθs1=mv2,可看出斜面倾角越小scosθ越大,则到达斜面底端时的动能越小,故D正确.
故选:ACD.
质量均为1kg的10个相同的砖块,平行紧靠成一直线放在光滑的地面上,如图所示,第1个砖受到10N的水平力作用,问第7个砖对第8个砖的压力是( )
正确答案
解析
解:将10块砖看做一个整体,由牛顿第二定律得:
a=
将后3块看做一个整体,设第7个砖对第8个砖的压力为F′,由牛顿第二定律得:
F′=Ma=3×1N=3N
答:第7个砖对第8个砖的压力是3N.
如图所示,A、B两物块的质量分别为2m和m,静止叠放在水平地面上A、B间的动摩擦因数为μ,B与地面间的动摩擦因数为
.最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g.现对A施加一水平拉力F,则( )
正确答案
解析
解:AB之间的最大静摩擦力为:fmax=μmAg=2μmg,B与地面间的最大静摩擦力为:
f′max=μ(mA+mB)g=
μmg,
A、当 F<2 μmg 时,可能有 F>f′max,B相对地面可能发生相对滑动,故A错误.
B、当AB间刚好发生相对滑动时的加速度为a=μg,B与地面间的最大静摩擦力为:f′max=μ(mA+mB)g=
μmg,故拉力F最小为:F-f′max=(m+2m)•a,所以F=
μ•3mg+3ma=
μmg时,AB将发生滑动.
当F=μmg时,F<
μmg,AB间不会发生相对滑动,对整体,由牛顿第二定律有:a=
=
μg,故B错误.
C、当 F>3μmg 时,F>fmax,AB间会发生相对滑动,A相对B发生滑动,故C正确.
D、A对B的最大摩擦力为2μmg,B受到的地面的最大静摩擦力为μmg,无论F为何值,B相对于地面都不会发生相对滑动.当然加速度更不会超过
μg,故D正确.
故选:CD
质量为10kg的环在拉力F的作用下,沿粗糙直杆向上做速度v0=5m/s的匀速运动,环与杆之间的动摩擦因数μ=0.5,杆与水平地面的夹角为θ=37°,拉力F与杆的夹角也为θ=37°,力F作用1s后撤去,环在杆上继续上滑了一段时间后,速度减为零.取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,杆足够长,求:
(1)环受到的拉力F;
(2)环运动到杆底端时的速度v.
正确答案
解:(1)当有F作用时,环做匀速直线运动,环的受力如图,
环受到的合外力为0,则垂直于杆的方向:Fsin37°+N1=mgcos37° ①
沿杆的方向:Fcos37°-μN1-mgsin37°=0 ②
由①、②.得F=N=91N ③
(2)撤去拉力前,环的位移:x1=v0t=5×1=5m
当撤去F时,有:N2=mgcos37°=10×10×0.8=80N ④
μN2+mgsin37°=ma1 ⑤
由④、⑤,得a1=10m/s2 ⑥
向上运动的最大位移:m
环向下运动时:mgsin37°-μN2=ma2⑦
代入数据得:
设环运动到杆底端时的速度v,则:v2-0=2a2(x1+x2)
代入数据得:v=5m/s
答:(1)环受到的拉力F是91N;
(2)环运动到杆底端时的速度是5m/s.
解析
解:(1)当有F作用时,环做匀速直线运动,环的受力如图,
环受到的合外力为0,则垂直于杆的方向:Fsin37°+N1=mgcos37° ①
沿杆的方向:Fcos37°-μN1-mgsin37°=0 ②
由①、②.得F=N=91N ③
(2)撤去拉力前,环的位移:x1=v0t=5×1=5m
当撤去F时,有:N2=mgcos37°=10×10×0.8=80N ④
μN2+mgsin37°=ma1 ⑤
由④、⑤,得a1=10m/s2 ⑥
向上运动的最大位移:m
环向下运动时:mgsin37°-μN2=ma2⑦
代入数据得:
设环运动到杆底端时的速度v,则:v2-0=2a2(x1+x2)
代入数据得:v=5m/s
答:(1)环受到的拉力F是91N;
(2)环运动到杆底端时的速度是5m/s.
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,一般还设有紧急出口.发生意外情况的飞机在着陆后,打开紧急出口的舱门,会自动生成一个由气囊构成的斜面,机舱中的人可沿该斜面滑行到地面上来,示意图如图所示.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,CD段为与斜面平滑连接的水平地面.一个质量m=60kg的人从气囊上由静止开始滑下,人与气囊、地面间的动摩擦因数均为μ=0.5.不计空气阻力,g=10m/s2.求:
(1)人从斜坡上滑下时的加速度大小;
(2)人滑到斜坡底端时的速度大小;
(3)人离开C点后还要在地面上滑行多远才能停下?
正确答案
解:
(1)物体受力如右图所示.
由牛顿运动定律:mgsinθ-μN=ma
N-mg cosθ=0
解得:a=gsinθ-μgcosθ=2m/s2
(2)由vc2=2as,
得到vc=2m/s
(3)由牛顿运动定律:μmg=ma′
由02-vc2=2(-a′)s′
解得:s′=2.0m
答:(1)人从斜坡上滑下时的加速度大小为2m/s2;
(2)人滑到斜坡底端时的速度大小为2m/s;
(3)人离开C点后还要在地面上滑行2m才能停下.
解析
解:
(1)物体受力如右图所示.
由牛顿运动定律:mgsinθ-μN=ma
N-mg cosθ=0
解得:a=gsinθ-μgcosθ=2m/s2
(2)由vc2=2as,
得到vc=2m/s
(3)由牛顿运动定律:μmg=ma′
由02-vc2=2(-a′)s′
解得:s′=2.0m
答:(1)人从斜坡上滑下时的加速度大小为2m/s2;
(2)人滑到斜坡底端时的速度大小为2m/s;
(3)人离开C点后还要在地面上滑行2m才能停下.
一个物体的加速度为2m/s2,如果作用在物体上的合力增大到原来的两倍,质量减少一半,则物体的加速度将变为______.
正确答案
8m/s2
解析
解:由牛顿第二定律可知:F=ma;
当力增大为两倍,质量减少为一半,则有:
2F=
解得:a′==4×2=8m/s2;
故答案为:8m/s2;
航空事业的发展离不开风洞实验,其简化模型如图a所示,在光滑的水平面上停放相距S0=20m的甲、乙两车,其中乙车是风力驱动车,弹射装置能使甲车瞬间获得V0=40m/s水平向右的瞬时速度,在甲车获得瞬时速度的同时乙车的风洞开始工作,将风吹到固定在甲车上的挡风板上,从而使乙车也获得速度,测绘装置得到了甲、乙两车的V-t图象如图b所示,设两车始终未相遇.
(1)若甲车的质量与其加速度大小的乘积等于乙车的质量与其加速度大小的乘积,求甲、乙两车的质量之比;
(2)求运动过程中的最近距离是多大?
正确答案
解:(1)由题图b可知:甲车的加速度大小为:
a甲==
=
乙车的加速度大小为:
a乙==
据题有:m甲a甲=m乙a乙
解得:=
=
;
(2)在t1时刻,甲、乙两车的速度相等,均为v=10 m/s,此时两车相距最近
对乙车有:v=a乙t1
对甲车有:v=a甲(0.4-t1)
可解得:t1=0.3 s
到速度相等时甲车的位移为:s甲=t1=
×0.3=7.5m
乙车的位移为:s乙==
×0.3=1.5m
两车相距最近的距离为:smin=s0+s乙-s甲=20+1.5-7.5=14.0 m.
答:(1)甲、乙两车的质量比为1:3.
(2)两车相距最近时的距离为14.0m.
解析
解:(1)由题图b可知:甲车的加速度大小为:
a甲==
=
乙车的加速度大小为:
a乙==
据题有:m甲a甲=m乙a乙
解得:=
=
;
(2)在t1时刻,甲、乙两车的速度相等,均为v=10 m/s,此时两车相距最近
对乙车有:v=a乙t1
对甲车有:v=a甲(0.4-t1)
可解得:t1=0.3 s
到速度相等时甲车的位移为:s甲=t1=
×0.3=7.5m
乙车的位移为:s乙==
×0.3=1.5m
两车相距最近的距离为:smin=s0+s乙-s甲=20+1.5-7.5=14.0 m.
答:(1)甲、乙两车的质量比为1:3.
(2)两车相距最近时的距离为14.0m.
扫码查看完整答案与解析