- 牛顿第二定律
- 共12933题
如图所示,质量为2kg的物体静止在光滑的水平面上,在大小为10N沿水平方向的拉力F作用下运动,则物体的加速度是( )
正确答案
解析
解:物体受重力、支持力及拉力;由于竖直方向重力与支持力平衡;则合外力等于F;
由牛顿第二定律可得:
a==
=5m/s2;
故选:B.
皮带运输机是靠物体和传送带之间的摩擦力把货物送往别处的,如图所示,已知两传送带与传送物体间的动摩擦因数均为μ=0.5,长为l1=21m的水平传送带以υ1=14m/s的速度顺时针传动;长为l2=20m的倾斜传送带以υ2=4m/s的速度顺时针传动,其与水平面的夹角为θ=37°.在水平传送带的左端无初速地轻放一质量为m物体,试求:
(1)物体从放上传送带开始到第一次滑到水平传送带右端的时间;
(2)物体从放上传送带开始到第二次滑到水平传送带右端的时间.(不计滑上倾斜传送带时损失的能量,g=10m/s2)
正确答案
解:(1)物体在水平传送带摩擦力的作用下,向右加速,加速度为:a1=μg=5m/s2
加速时间:t1==2.8s
此时,物体运动位移为:x1==
=19.6m
之后物体与传送带一起向右匀速的时间为:=0.1s
故物体从放上传送带开始到第一次滑到水平传送带右端的时间:t=t1+t2=2.8+0.1=2.9s
(2)物体沿倾斜传送带上滑过程,以加速度为:a=-(gsinθ+μgcosθ=10×0.6+0.5×10×0.8)=-10m/s2
向上减速,减速时间:t1′==1s,
上滑位移:x1′==
=9m
当减速到与传送带速度相同时,由于mgsinθ>μmgcosθ,物体仍减速,直到速度为零
此时加速度为:a′=gsinθ-μgcosθ=2m/s2
减速时间:t2′=
上滑位移:x2′==4m
故物体冲上倾斜传送带共经历位移为:x=x1′+x2′=9+4=13m
之后物体下滑,加速度为2m/s2
由x=,可得:t下=
=
=
故物体从放上传送带开始到第二次滑到水平传送带右端的时间:T=2.9+1+2+=
.
答:(1)物体从放上传送带开始到第一次滑到水平传送带右端的时间为2.9s;
(2)物体从放上传送带开始到第二次滑到水平传送带右端的时间为
解析
解:(1)物体在水平传送带摩擦力的作用下,向右加速,加速度为:a1=μg=5m/s2
加速时间:t1==2.8s
此时,物体运动位移为:x1==
=19.6m
之后物体与传送带一起向右匀速的时间为:=0.1s
故物体从放上传送带开始到第一次滑到水平传送带右端的时间:t=t1+t2=2.8+0.1=2.9s
(2)物体沿倾斜传送带上滑过程,以加速度为:a=-(gsinθ+μgcosθ=10×0.6+0.5×10×0.8)=-10m/s2
向上减速,减速时间:t1′==1s,
上滑位移:x1′==
=9m
当减速到与传送带速度相同时,由于mgsinθ>μmgcosθ,物体仍减速,直到速度为零
此时加速度为:a′=gsinθ-μgcosθ=2m/s2
减速时间:t2′=
上滑位移:x2′==4m
故物体冲上倾斜传送带共经历位移为:x=x1′+x2′=9+4=13m
之后物体下滑,加速度为2m/s2
由x=,可得:t下=
=
=
故物体从放上传送带开始到第二次滑到水平传送带右端的时间:T=2.9+1+2+=
.
答:(1)物体从放上传送带开始到第一次滑到水平传送带右端的时间为2.9s;
(2)物体从放上传送带开始到第二次滑到水平传送带右端的时间为
如图所示,倾角为α的光滑斜面上放两物体m1和m2,用与斜面平行的力F推m1,使两物加速上滑,两物体之间的作用力为______.
正确答案
解析
解:以两物体整体为研究对象,由牛顿第二定律得:
F-(m1+m2)gsinα=(m1 +m2)a,
对m2,由牛顿第二定律得:N-m2gsinα=m2a,
解得:N=
故答案为:
如图自然长度为L0,劲度系数为k的轻弹簧,其一端固定于倾角为45°的光滑斜面体的顶端P处,另一端拴一质量为m的小球.
(1)当斜面体以多大的加速度向左加速运动时,球对斜面的压力为零?
(2)当斜面体以a=2g的加速度向左加速运动时,轻弹簧的长度为多少?
正确答案
解:(1)对小球受力分析,受重力、拉力,根据牛顿第二定律,有:
水平方向:Fcos45°=ma
竖直方向:Fsin45°=mg
解得:
a=g
(2)当斜面体以a=2g的加速度向左运动时,对小球受力分析受重力和拉力,由于a=2g>g,所以小球会飘起来,假设F与水平面夹角为θ,根据牛顿第二定律,有:
水平方向:Fcosθ=ma=2mg
竖直方向:Fsinθ=G
解得:
tanθ=
F==
mg
根据胡克定律,伸长量为:
△L=
故长度为:L=
答:(1)当斜面体以加速度g向左加速运动时,球对斜面的压力为零;
(2)当斜面体以a=2g的加速度向左加速运动时,轻弹簧的长度为.
解析
解:(1)对小球受力分析,受重力、拉力,根据牛顿第二定律,有:
水平方向:Fcos45°=ma
竖直方向:Fsin45°=mg
解得:
a=g
(2)当斜面体以a=2g的加速度向左运动时,对小球受力分析受重力和拉力,由于a=2g>g,所以小球会飘起来,假设F与水平面夹角为θ,根据牛顿第二定律,有:
水平方向:Fcosθ=ma=2mg
竖直方向:Fsinθ=G
解得:
tanθ=
F==
mg
根据胡克定律,伸长量为:
△L=
故长度为:L=
答:(1)当斜面体以加速度g向左加速运动时,球对斜面的压力为零;
(2)当斜面体以a=2g的加速度向左加速运动时,轻弹簧的长度为.
如图所示,一光滑的半径为R的半圆形轨道底部固定竖直放置在水平面上,一个质量为m的小球以某一速度冲上轨道,然后小球从轨道口B处飞出,最后落在水平面上,已知小球落地点C距B处的距离为3R.求:小球对轨道口B处的压力为多大?
正确答案
解:设小球经过B点时速度为v0,则:
小球平抛的水平位移为:
x==
=
R,
小球离开B后做平抛运动,
在水平方向:x=v0t,
在竖直方向上:2R=gt2,
解得:v=,
在B点小球做圆周运动,由牛顿第二定律得:
F+mg=m,解得F=
mg,
由牛顿第三定律,小球对轨道的压力F′=F=mg.
答:小球对轨道口B处的压力为mg.
解析
解:设小球经过B点时速度为v0,则:
小球平抛的水平位移为:
x==
=
R,
小球离开B后做平抛运动,
在水平方向:x=v0t,
在竖直方向上:2R=gt2,
解得:v=,
在B点小球做圆周运动,由牛顿第二定律得:
F+mg=m,解得F=
mg,
由牛顿第三定律,小球对轨道的压力F′=F=mg.
答:小球对轨道口B处的压力为mg.
如图所示,一足够长的固定斜面倾角θ=37°,两物块A、B的质量分别为mA、mB分别为1kg和4kg,它们与斜面之间的动摩擦因数均为μ=0.5.两物块之间的轻绳长L=0.5m,轻绳承受的最大张力T=12N,作用于B上沿斜面向上的力F逐渐增大,使A、B一起由静止开始沿斜面向上运动,g取10m/s2.(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
(1)某一时刻轻绳被拉断,求此时外力F的大小;
(2)若轻绳拉断前瞬间A、B的速度为3m/s,绳断后保持外力F不变,求当A运动到最高点时,A、B之间的距离.
正确答案
解:(1)对整体分析,根据牛顿第二定律得:
F-(mA+mB)gsinθ=(mA+mB)a
A物体:T-mAgsinθ=mAa
代入数据解得:F=60N;
(2)设沿斜面向上为正,A物体:
-mAgsinθ=mAaA,
解得:aA=-6m/s2,
因为v0=3m/s,
所以A物体到最高点为:t==
=0.5s,
此过程A物体的位移为:xA=t=0.75m,
B物体:F-mBgsinθ=mBaB,
xB=v0t+aBt2,
所以两者间距为:△x=xB-xA+L
代入数据解得:△x=2.375m
答:(1)此时外力F的大小为60N;
(2)A、B之间的距离为2.375m.
解析
解:(1)对整体分析,根据牛顿第二定律得:
F-(mA+mB)gsinθ=(mA+mB)a
A物体:T-mAgsinθ=mAa
代入数据解得:F=60N;
(2)设沿斜面向上为正,A物体:
-mAgsinθ=mAaA,
解得:aA=-6m/s2,
因为v0=3m/s,
所以A物体到最高点为:t==
=0.5s,
此过程A物体的位移为:xA=t=0.75m,
B物体:F-mBgsinθ=mBaB,
xB=v0t+aBt2,
所以两者间距为:△x=xB-xA+L
代入数据解得:△x=2.375m
答:(1)此时外力F的大小为60N;
(2)A、B之间的距离为2.375m.
如图,a、b是两个带有同种电荷的小球,用绝缘丝线悬挂于同一点,两球静止时,它们距水平面的高度相等,绳与竖直方向的夹角分别为α、β,且β>α.若同时剪断两根细线,空气阻力不计,两球带电荷量不变,两球质量为ma,mb,两球落地时间为ta,tb,落地时水平位移为xa,xb,则ma______mb,ta______tb,xa______xb(填>,<或=)
正确答案
>
=
<
解析
解:对小球受力分析,根据平衡条件有:
mag=
mbg=,由于β>α,
所以ma>mb;
ma>mb,因此水平方向上,a的加速度小于b的加速度.
竖直方向上作自由落体运动,根据运动的独立性可知,两球同时落地,ta=tb;
由于a的加速度小于b的加速度,因此a球水平飞行的距离比b球小;
故答案为:>、=、<.
如图所示,在光滑的水平地面上放置着两个质量均为m的小球,用长度为2L的细线把两小球连接起来,开始两小球处于静止状态,细线伸直.现在细线的正中央沿着垂直于两小球连线的方向施加一个恒定拉力F,使得两小球运动起来.那么当两小球之间距离为L时,每个小球获得的瞬时加速度大小为______.
正确答案
解析
解:对小球进行受力分析,当两小球之间距离为L时,位置关系如图所示:
F1、F2与F的夹角为30°,则有F1=F2=F,所以每球的即时加速度大小为a=
故答案为:
举重运动是力量和技巧充分结合的体育项目,就“抓”举而言,其技术动作可分为预备、提杠发力、下蹲支撑、起立、放下杠铃等动作,如图所示表示了其中的几个状态.在“提杠发力”阶段,运动员对杠铃施加恒力作用,使杠铃竖直向上加速运动;“下蹲支撑”阶段,运动员不再用力,杠铃继续向上运动,当运动员处于“下蹲支撑”处时,杠铃的速度恰好为零.
(1)为了研究方便,可将“提杠发力”、“下蹲支撑”两个动作简化为较为简单的运动过程来处理,请定性画出相应的速度-时间图象.
(2)已知运动员从开始“提杠发力”到“下蹲支撑”处的整个过程历时0.8s,杠铃总共升高0.6m,求杠铃获得的最大速度.
(3)若杠铃的质量为150kg,求运动员提杠发力时对杠铃施加的作用力大小.
正确答案
解:(1)由题意,杠铃先匀加速直线运动后匀减速直线运动故图象为
(2)设杠铃的最大速度为vm,加速阶段上升的高度为h1,时间为t1;
减速阶段上升的高度为h2,时间为t2,全程高度为H,总时间为t.
图中三角形的面积表示杠铃上升的总高度,为:
可得
(3)下落为自由落体运动
t1=t-t2=0.65s
杠铃加速上升的加速度为:
由牛顿第二定律得:F-mg=ma
求得:F=m(g+a)=150×(10+2.31)N=1846N
解析
解:(1)由题意,杠铃先匀加速直线运动后匀减速直线运动故图象为
(2)设杠铃的最大速度为vm,加速阶段上升的高度为h1,时间为t1;
减速阶段上升的高度为h2,时间为t2,全程高度为H,总时间为t.
图中三角形的面积表示杠铃上升的总高度,为:
可得
(3)下落为自由落体运动
t1=t-t2=0.65s
杠铃加速上升的加速度为:
由牛顿第二定律得:F-mg=ma
求得:F=m(g+a)=150×(10+2.31)N=1846N
每逢周末,武汉市的许多餐厅生意火爆,常常人满为患,为能服务更多的顾客,服务员需要用最短的时间将菜肴送至顾客处.某次服务员用单手托托盘方式(如图),托盘和手、碗之间的摩擦因数分别为0.125、0.2,服务员上菜最大速度为2.5m/s,位移为10m.假设服务员加速、减速运动过程中是匀变速直线运动,且可认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力.则:
(1)求服务员运动的最大加速度;
(2)服务员上菜所用的最短时间;
(3)若服务员不小心手上沾了油,手和托盘间的摩擦因数变成了0.1,碗和托盘之间摩擦因数不变,求服务员的最大加速度.
正确答案
解:(1)设碗的质量为m,托盘的质量为M,以最大加速度运动时,碗、托盘、手保持相对静止,碗受力如图甲所示,由牛顿第二定律得:
Ff1=ma1,
碗与托盘间相对静止,则:Ff1≤Ff1max=μ1mg,
解得:a1≤μ1g=0.125×10=1.25m/s2,
对碗和托盘整体,由牛顿第二定律得:
Ff2=(M+m)a2,
手和托盘间相对静止,则:
Ff2≤Ff2max=μ2(M+m)g,
解得:a2≤μ2g=0.2×10=2m/s2,
则最大加速度:amax=1.25m/s2;
(2)服务员以最大加速度达到最大速度,然后匀速运动,再以最大加速度减速运动,所需时间最短,
加速运动时间:t1=
位移:x1=
减速运动时间:t2=t1=2s,位移:x2=x1=2.5m,
匀速运动位移:x3=L-x1-x2=10-2.5-2.5=5m,
匀速运动时间:t3=
最短时间:t=t1+t2+t3=6s;
(3)同(1)可知:
碗与托盘相对静止,则:a1≤μ1g=0.125×10=1.25m/s2,
手与托盘相对静止,a2≤μ2g=0.1×10=1m/s2,
最大加速度:amax=1m/s2;
答:(1)服务员运动的最大加速度是1.25m/s2;
(2)服务员上菜所用最短时间是6s;
(3)若服务员不小心手上沾了油,手和托盘间的摩擦因数变成了0.1,碗和托盘之间摩擦因数不变,则服务员的最大加速度是1m/s2
解析
解:(1)设碗的质量为m,托盘的质量为M,以最大加速度运动时,碗、托盘、手保持相对静止,碗受力如图甲所示,由牛顿第二定律得:
Ff1=ma1,
碗与托盘间相对静止,则:Ff1≤Ff1max=μ1mg,
解得:a1≤μ1g=0.125×10=1.25m/s2,
对碗和托盘整体,由牛顿第二定律得:
Ff2=(M+m)a2,
手和托盘间相对静止,则:
Ff2≤Ff2max=μ2(M+m)g,
解得:a2≤μ2g=0.2×10=2m/s2,
则最大加速度:amax=1.25m/s2;
(2)服务员以最大加速度达到最大速度,然后匀速运动,再以最大加速度减速运动,所需时间最短,
加速运动时间:t1=
位移:x1=
减速运动时间:t2=t1=2s,位移:x2=x1=2.5m,
匀速运动位移:x3=L-x1-x2=10-2.5-2.5=5m,
匀速运动时间:t3=
最短时间:t=t1+t2+t3=6s;
(3)同(1)可知:
碗与托盘相对静止,则:a1≤μ1g=0.125×10=1.25m/s2,
手与托盘相对静止,a2≤μ2g=0.1×10=1m/s2,
最大加速度:amax=1m/s2;
答:(1)服务员运动的最大加速度是1.25m/s2;
(2)服务员上菜所用最短时间是6s;
(3)若服务员不小心手上沾了油,手和托盘间的摩擦因数变成了0.1,碗和托盘之间摩擦因数不变,则服务员的最大加速度是1m/s2
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