- 牛顿第二定律
- 共12933题
如图所示,底座A上装有长0.5m的直立杆,总质量为1kg,用细线悬挂,底座底面离水平地面H=0.2m,杆上套有质量为0.2kg的小环B,它与杆间有摩擦,设环与杆相对滑动时摩擦力大小始终不变,环从底座以
m/s的初速度沿杆向上运动,最后恰能到达杆的顶端(取g=10m/s2).求:
(1)环沿杆上滑过程中的加速度大小;
(2)在环上滑过程中,细线对杆的拉力大小;
(3)若小环在杆顶端时细线突然断掉,底座下落后与地面立即粘合后静止,整个过程杆没有晃动,则线断后经多长时间环第一次与底座相碰?
正确答案
解:(1)环向上作匀减速运动过程中,有:Vo2=2a1s
得 a1==15m/s2
即环沿杆上滑过程中的加速度大小为15m/s2.
(2)环向上作匀减速运动过程中,对环受力分析有,受重力和向下的摩擦力,根据牛顿第二定律,有:mg+f=ma1
得 f=ma1-mg=1N
对杆受力分析,受重力Mg、向上的摩擦力f和细线的拉力F,根据共点力平衡条件,有
F=Mg-f
解得 F=9N
即在环上滑过程中,细线对杆的拉力大小9N.
(3)对环和底座一起下落过程,有:H=gt12
解得
t1==0.2s
根据速度时间公式,有
V1=gt1=2m/s
底座静止后,环作匀加速运动,对此过程有:mg-f=ma2
得a2=5m/s2
据L=V1t2+a2t22
解得t2=0.2s
故环向下运动的总时间为:t=t1+t2=0.4s
即线断后经0.4时间环第一次与底座相碰.
解析
解:(1)环向上作匀减速运动过程中,有:Vo2=2a1s
得 a1==15m/s2
即环沿杆上滑过程中的加速度大小为15m/s2.
(2)环向上作匀减速运动过程中,对环受力分析有,受重力和向下的摩擦力,根据牛顿第二定律,有:mg+f=ma1
得 f=ma1-mg=1N
对杆受力分析,受重力Mg、向上的摩擦力f和细线的拉力F,根据共点力平衡条件,有
F=Mg-f
解得 F=9N
即在环上滑过程中,细线对杆的拉力大小9N.
(3)对环和底座一起下落过程,有:H=gt12
解得
t1==0.2s
根据速度时间公式,有
V1=gt1=2m/s
底座静止后,环作匀加速运动,对此过程有:mg-f=ma2
得a2=5m/s2
据L=V1t2+a2t22
解得t2=0.2s
故环向下运动的总时间为:t=t1+t2=0.4s
即线断后经0.4时间环第一次与底座相碰.
一般来说,正常人从距地面1.5m高处跳下,落地时速度较小,经过腿部的缓冲,这个速度对人是安全的,称为安全着地速度.如果人从高空跳下,必须使用降落伞才能安全着陆,其原因是,张开的降落伞受到空气对伞向上的阻力作用.经过大量实验和理论研究表明,空气对降落伞的阻力f与空气密度ρ、降落伞的迎风面积S、降落伞相对空气速度v、阻力系数c有关(由伞的形状、结构、材料等决定),其表达式是f=
.根据以上信息,解决下列问题.(取g=10m/s2)
(1)在忽略空气阻力的情况下,计算人从1.5m高处跳下着地时的速度大小(计算时人可视为质点);
(2)在某次高塔跳伞训练中,运动员使用的是有排气孔的降落伞,其阻力系数c=0.90,空气密度取ρ=1.25kg/m3.降落伞、运动员总质量m=80kg,张开降落伞后达到匀速下降时,要求人能安全着地,降落伞的迎风面积S至少是多大?
(3)跳伞运动员和降落伞的总质量m=80kg,从跳伞塔上跳下,在下落过程中,经历了张开降落伞前自由下落、张开降落伞后减速下落和匀速下落直至落地三个阶段.如图是通过固定在跳伞运动员身上的速度传感器绘制出的从张开降落伞开始做减速运动至达到匀速运动时的v-t图象.根据图象估算运动员做减速运动的过程中下落的高度.
正确答案
解:(1)设人从1.5m高处跳下着地时的安全速度大小为v0,则
,
解得=
m/s=5.5m/s
(2)由(1)可知人安全着陆的速度大小为m/s,跳伞运动员在空中匀速下降时空气阻力大小等于运动员的重力,
则 mg=
解得S=m2=47.4m2
(3)由v-t图线和时间轴所围面积可知,在0~3s时间内运动员下落高度大约h=62.5×2×0.2=25m.
答:(1)人从1.5m高处跳下着地时的速度大小为5.5m/s;
(2)降落伞的迎风面积S至少是47.4m2
(3)运动员做减速运动的过程中下落的高度为25m.
解析
解:(1)设人从1.5m高处跳下着地时的安全速度大小为v0,则
,
解得=
m/s=5.5m/s
(2)由(1)可知人安全着陆的速度大小为m/s,跳伞运动员在空中匀速下降时空气阻力大小等于运动员的重力,
则 mg=
解得S=m2=47.4m2
(3)由v-t图线和时间轴所围面积可知,在0~3s时间内运动员下落高度大约h=62.5×2×0.2=25m.
答:(1)人从1.5m高处跳下着地时的速度大小为5.5m/s;
(2)降落伞的迎风面积S至少是47.4m2
(3)运动员做减速运动的过程中下落的高度为25m.
(2015秋•孝感期末)如图所示,一个质量M=50kg的人站在升降机的地板上,升降机的顶部悬挂了一只弹簧测力计,测力计下挂着一个质量m=5kg的物体A.当升降机向上运动时,他看到弹簧测力计的示数为40N,g=10m/s2.求:
(1)升降机的加速度;
(2)此时人对地板的压力.
正确答案
解:(1)对A受力分析,根据牛顿第二定律得:
mg-F弹=ma
得 a=g-=10-
=2m/s2,则升降机的加速度为2m/s2,方向向下.
(2)对人分析,根据牛顿第二定律得:Mg-N=Ma
解得:N=Mg-Ma=50×(10-2)N=400N,
则由牛顿第三定律知人对升降机地板的压力大小为400N,垂直地面向下.
答:
(1)重物的加速度为2m/s2;
(2)人对升降机地板的压力是400N,垂直地面向下.
解析
解:(1)对A受力分析,根据牛顿第二定律得:
mg-F弹=ma
得 a=g-=10-
=2m/s2,则升降机的加速度为2m/s2,方向向下.
(2)对人分析,根据牛顿第二定律得:Mg-N=Ma
解得:N=Mg-Ma=50×(10-2)N=400N,
则由牛顿第三定律知人对升降机地板的压力大小为400N,垂直地面向下.
答:
(1)重物的加速度为2m/s2;
(2)人对升降机地板的压力是400N,垂直地面向下.
如图甲所示,质量足够大、截面是直角梯形的物块静置在光滑水平地面上,其两个侧面恰好与两个固定在地面上的压力传感器X和Y相接触.图中AB高H=0.3m、AD长L=0.5m,斜面倾角θ=37°.可视为质点的小物块P(图中未画出)质量m=1kg,它与斜面的动摩擦因数μ可以通过更换斜面表面的材料进行调节(调节范围是0≤μ≤1).sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,重力加速度取g=10m/.
(1)令μ=0,将P由D点静止释放,求P在斜面上的运动时间;
(2)令μ=0.5,在A点给P一个沿斜面向上的初速度v0=2m/s,求P落地时的动能;
(3)将X和Y接到同一数据处理器上,已知当X和Y受到物块压力时,分别显示正值和负值.对于不同的μ,每次都在D点给P一个沿斜面向下足够大的初速度以保证它能滑离斜面,求滑行过程中处理器显示的读数F随μ变化的关系表达式,并在乙图坐标系中画出其函数图象.
正确答案
解:(1)当μ=0时,P沿斜面下滑的加速度为
a=gsinθ=6m/s2
由运动学规律L=,
得t=,代入数据解得t=
(2)设P沿斜面上滑的位移为s时速度为零.
由动能定理:-(mgsinθ+μmgcosθ)s=0-
代入数据解得s=0.2m.
设落地时P的动能为Ek,则
由动能定理得,mgH-
代入数据解得Ek=3.4J.
(3)P在斜面上下滑的过程中物块受力如图甲所示,由平衡条件可得F+Nsinθ=fcosθ
将N=mgcosθ和f=μmgcosθ代入得,F=mgcosθ(μcosθ-sinθ)
代入数据得,F=6.4μ-4.8,其图象如乙图.
答:(1)P在斜面上的运动时间为.
(2)P落地时的动能为3.4J.
(3)图线如图所示.
解析
解:(1)当μ=0时,P沿斜面下滑的加速度为
a=gsinθ=6m/s2
由运动学规律L=,
得t=,代入数据解得t=
(2)设P沿斜面上滑的位移为s时速度为零.
由动能定理:-(mgsinθ+μmgcosθ)s=0-
代入数据解得s=0.2m.
设落地时P的动能为Ek,则
由动能定理得,mgH-
代入数据解得Ek=3.4J.
(3)P在斜面上下滑的过程中物块受力如图甲所示,由平衡条件可得F+Nsinθ=fcosθ
将N=mgcosθ和f=μmgcosθ代入得,F=mgcosθ(μcosθ-sinθ)
代入数据得,F=6.4μ-4.8,其图象如乙图.
答:(1)P在斜面上的运动时间为.
(2)P落地时的动能为3.4J.
(3)图线如图所示.
水平桌面上有两个玩具车A和B,两者用一轻质细橡皮筋相连,在橡皮筋上有一红色标记R,在初始时橡皮筋处于拉直状态,A、B和R分别位于直角坐标系中的(0,2l)、(0,-l)和(0,0)点,已知A从静止开始沿y轴正向做加速度大小为a的匀加速运动,B平行于x轴朝x轴正向匀速运动,在两车此后运动的过程中,标记R在某时刻通过点(l,l),假定橡皮筋的伸长是均匀的,求B运动速度的大小.
正确答案
解:设B车的速度大小为v.如图,标记R的时刻t通过点K(l,l),此时A、B的位置分别为H、G.
由运动学公式,H的纵坐标yA,G的横坐标xB分别为
①
xB=vt ②
在开始运动时,R到A和B的距离之比为2:1,即
OE:OF=2:1
由于橡皮筋的伸长是均匀的,在以后任一时刻R到A和B的距离之比都为2:1.
因此,在时刻t有 HK:KG=2:1 ③
由于△FGH∽△IGK,有
HG:KG=xB:(xB-l) ④
HG:KG=(yA+l):(2l)=3:1 ⑤
联立各式解得
答:B运动速度的大小为.
解析
解:设B车的速度大小为v.如图,标记R的时刻t通过点K(l,l),此时A、B的位置分别为H、G.
由运动学公式,H的纵坐标yA,G的横坐标xB分别为
①
xB=vt ②
在开始运动时,R到A和B的距离之比为2:1,即
OE:OF=2:1
由于橡皮筋的伸长是均匀的,在以后任一时刻R到A和B的距离之比都为2:1.
因此,在时刻t有 HK:KG=2:1 ③
由于△FGH∽△IGK,有
HG:KG=xB:(xB-l) ④
HG:KG=(yA+l):(2l)=3:1 ⑤
联立各式解得
答:B运动速度的大小为.
如图1,固定光滑细杆与地面成一定倾角,在杆上套有一个光滑小环,小环在沿杆方向的推力F作用下向上运动,推力F与小环速度v随时间变化规律如图2所示,取重力加速度g=10m/s2.求:
(1)小环的质量m;
(2)细杆与地面间的倾角α.
正确答案
解:(1)由图得:a==0.5m/s2,
前2s,物体受到重力、支持力和拉力,根据牛顿第二定律,有:
F1-mgsinα=ma ①
2s后物体做匀速运动,根据共点力平衡条件,有:
F2=mgsinα ②
由①②两式,代入数据可解得:m=1kg,α=30°.
故小环的质量m为1kg.
(2)由第一问解答得到,细杆与地面间的倾角α为30°.
解析
解:(1)由图得:a==0.5m/s2,
前2s,物体受到重力、支持力和拉力,根据牛顿第二定律,有:
F1-mgsinα=ma ①
2s后物体做匀速运动,根据共点力平衡条件,有:
F2=mgsinα ②
由①②两式,代入数据可解得:m=1kg,α=30°.
故小环的质量m为1kg.
(2)由第一问解答得到,细杆与地面间的倾角α为30°.
(2015秋•牡丹江校级期末)如图所示,两个质量均为m的小球A和B分别用细绳和轻弹簧连接,悬挂于竖直方向上保持静止状态.当剪断细绳的瞬间,关于A和B的加速度说法正确的是( )
正确答案
解析
解:设小球的质量为m,剪断绳子前,弹簧的弹力F=mg,
剪断绳子的瞬间,弹簧的弹力不变,隔离对B分析,合力为零,加速度aB=0,
对A分析,
故AD错误,BC正确;
故选:BC.
在平直的高速公路上,一辆汽车正以32m/s的速度匀速行驶,因前方出现事故,司机立即刹车,直到汽车停下.已知汽车的质量为1.5×103kg,刹车时汽车所受的阻力为1.2×104N,求:
(1)刹车时汽车的加速度;
(2)从开始刹车到最终停下,汽车前进的距离.
正确答案
解:(1)刹车时汽车受到的阻力就是汽车所受的合力
根据牛顿第二律有F=ma①
故木箱的加速度为a==
=8m/s2②
(2)根据v2=2ax得 x==
=64m ③
答:(1)刹车时汽车的加速度8m/s2;
(2)从开始刹车到最终停下,汽车前进的距离64m.
解析
解:(1)刹车时汽车受到的阻力就是汽车所受的合力
根据牛顿第二律有F=ma①
故木箱的加速度为a==
=8m/s2②
(2)根据v2=2ax得 x==
=64m ③
答:(1)刹车时汽车的加速度8m/s2;
(2)从开始刹车到最终停下,汽车前进的距离64m.
如图所示,质量为m的球置于斜面上,被一个竖直挡板挡住.现用一个力F拉斜面,使斜面在水平面上做加速度为a的匀加速直线运动,忽略一切摩擦,以下说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:分析小球的受力情况:重力mg、挡板的弹力N1和斜面对小球的弹力N2.设斜面的倾角为α,根据牛顿第二定律得:
水平方向:N1-N2sinα=ma ①
竖直方向:N2cosα=mg ②
联立得 N1=ma+mgtanα ③
A、若加速度a越小,由③得,N1越小.即竖直挡板对球的弹力越小.故A正确.
B、C由②得知,若加速度a逐渐变大,斜面对球的弹力不变.故B正确,C错误.
D、由②③得,斜面和挡板对球的弹力的合力F合==
>ma.故D正确.
故选ABD
一质量为m的物体,在两个大小相等、夹角为120°的共点力作用下,产生的加速度大小为a,当两个力的大小不变,而夹角变为90°时,物体的加速度大小变为______.
正确答案
解析
解:由题意,设两个相等的共点力大小为F,当它们之间的夹角为120°时,由等边三解形的知识可知F合=F,所以F=ma
当夹角变为90°时,F合=F=
ma,根据牛顿第二定律得:物体的加速度大小变为a1=
=
a
故答案为:a
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