- 牛顿第二定律
- 共12933题
如图所示,用两细绳系着一质量为m的物体,1、2两细绳与水平车顶的夹角分别为30°和60°.已知重力加速度为g,不计空气阻力.
(1)若小车向右作匀速直线运动,求两绳中拉力的大小;
(2)若让小车向右以2g的加速度做匀加速直线运动,当物体与车保持相对静止时,求绳1拉力的大小?
正确答案
解:(1)匀速运动时有 共点力平衡可知F1cos30°=F2cos60°
F1sin30°+F2sin60°=mg
联立解得
(2)绳2中拉力刚好为零时,根据牛顿第二定律有
所以
说明当a=2g时绳2已松弛
此时有
答:(1)若小车向右作匀速直线运动,两绳中拉力的大小,
;
(2)若让小车向右以2g的加速度做匀加速直线运动,当物体与车保持相对静止时,绳1拉力的大小为
解析
解:(1)匀速运动时有 共点力平衡可知F1cos30°=F2cos60°
F1sin30°+F2sin60°=mg
联立解得
(2)绳2中拉力刚好为零时,根据牛顿第二定律有
所以
说明当a=2g时绳2已松弛
此时有
答:(1)若小车向右作匀速直线运动,两绳中拉力的大小,
;
(2)若让小车向右以2g的加速度做匀加速直线运动,当物体与车保持相对静止时,绳1拉力的大小为
如图,质量m=2kg的物体静止于水平地面的A处,A、B间距L=20m.用大小为30N,沿水平方向的外力拉此物体,经t0=2s拉至B处.(取g=10m/s2)
(1)求物体与地面间的动摩擦因数μ;
(2)若拉力改为大小20N,与水平方向成37°斜向右上方,仍使物体在拉力作用下从A处由静止开始运动到B处,求运动时间.
正确答案
解:(1)物体做匀加速直线运动,根据L=得:
a=.
根据牛顿第二定律得,F-f=ma,解得:f=30-2×10N=10N.
则动摩擦因数:.
(2)根据牛顿第二定律得:Fcos37°-f=ma′
Fsin37°+FN=mg
f=μFN
联立代入数据解得:a′=6m/s2.
根据L=得:t=
s.
答:(1)物体与地面间的动摩擦因数为0.5.
(2)运动时间为s.
解析
解:(1)物体做匀加速直线运动,根据L=得:
a=.
根据牛顿第二定律得,F-f=ma,解得:f=30-2×10N=10N.
则动摩擦因数:.
(2)根据牛顿第二定律得:Fcos37°-f=ma′
Fsin37°+FN=mg
f=μFN
联立代入数据解得:a′=6m/s2.
根据L=得:t=
s.
答:(1)物体与地面间的动摩擦因数为0.5.
(2)运动时间为s.
一架喷气式飞机,质量m=5×103kg,起飞过程中从静止开始滑跑的路程为s=5.3×102m时,达到起飞速度v=60m/s,在此过程中飞机受到的平均阻力是飞机重量的0.02倍(k=0.02),求飞机受到的牵引力.
正确答案
解:以飞机为研究对象,它受到重力、支持力、牵引力和阻力作用,这四个力做的功分别为:
WG=0,
W支=0,
W牵=FL,
W阻=-kmgL,
根据动能定理得:FL-kmgL=mV2-
mv02
代入数据解得:F=1.8×104N
答:飞机受到的牵引力为1.8×104N.
解析
解:以飞机为研究对象,它受到重力、支持力、牵引力和阻力作用,这四个力做的功分别为:
WG=0,
W支=0,
W牵=FL,
W阻=-kmgL,
根据动能定理得:FL-kmgL=mV2-
mv02
代入数据解得:F=1.8×104N
答:飞机受到的牵引力为1.8×104N.
如图所示(a),一个质量为m0的物体放在光滑的水平桌面上,当用20N的力F通过细绳绕过定滑轮拉它时,产生2m/s2的加速度.现撤掉20N的拉力,在细绳下端挂上重为20N的物体m,如图所示(b),则前、后两种情况下绳的拉力分别为T1=______N,T2=______N (g取10m/s2)
正确答案
20
16.7
解析
解:当用20N的拉力拉物体时,产生绳子的拉力T1=20N.根据牛顿第二定律得,T1=m0a,则.
当挂重物时,对整体分析,根据牛顿第二定律得,a=.
隔离对m0分析,根据牛顿第二定律得,.
故答案为:20N,16.7N
图甲所示,在真空中足够大的绝缘水平地面上,一个质量为m=0.2kg,带电荷量为q=+2.0×10-6C的小物块处于静止状态,小物块与地面间的摩擦因数μ=0.1,从t=0时该开始,空间上加一个如图乙所示的电场.(取水平向右的方向为正方向,g取10m/s2)求:
(1)4秒内小物块的位移大小;
(2)4秒内电场力对小物块所做的功.
正确答案
解:(1)0~2s,由牛顿第二定律得物块加速度:
a1==
=2m/s2,
x1=a1t12=
×2×22=4m,
v=a1t1=2×2=4m/s,
2~4s,由牛顿第二定律得加速度:
a2==
=2m/s2,
x2=vt2-a2t22=4×2-
×2×22=4m,
4s内的位移:x=x1+x2=8m,
v′=v-a2t2=4-2×2=0m/s;
(2)由动能定理得:W-μmgx=mv′2-0,
解得:W=μmgx+mv′2=0.1×0.2×10×8+0=1.6J;
答:(1)4秒内小物块的位移大小为8m;
(2)4秒内电场力对小物块所做的功1.6J.
解析
解:(1)0~2s,由牛顿第二定律得物块加速度:
a1==
=2m/s2,
x1=a1t12=
×2×22=4m,
v=a1t1=2×2=4m/s,
2~4s,由牛顿第二定律得加速度:
a2==
=2m/s2,
x2=vt2-a2t22=4×2-
×2×22=4m,
4s内的位移:x=x1+x2=8m,
v′=v-a2t2=4-2×2=0m/s;
(2)由动能定理得:W-μmgx=mv′2-0,
解得:W=μmgx+mv′2=0.1×0.2×10×8+0=1.6J;
答:(1)4秒内小物块的位移大小为8m;
(2)4秒内电场力对小物块所做的功1.6J.
(2015秋•宜宾县校级月考)如图,置于水平地面上相同材料的质量分别为m和M的两物体间用细绳相连,在M上施加一水平恒力F,使两物体做匀加速运动,对两物体间绳上的张力,正确的说法是( )
正确答案
解析
解:若地面光滑,整体的加速度a=,
隔离对m分析,根据牛顿第二定律得,.
若地面不光滑,整体的加速度a′=,
隔离对m分析,根据牛顿第二定律得,T′-μmg=ma,解得.故A、B正确,C、D错误.
故选:AB.
如图所示,ABCD为固定在水平地面上的平台,平台的高度为h=6.4m,长度为L=10m,平台右方地面上有一个倾角为θ=45°的斜面,斜面高度也为6.4m.一个质量为0.1kg的物体(可视为质点)从平台左端A处在水平恒力F作用下从静止开始向右运动,当物体运动到平台右端B处时撤去F,物体恰好垂直斜面方向撞在斜面的中点P.已知物体与平台间的动摩擦因数为0.4,取g=10m/s2.求:
(1)物体做平抛运动的时间t;
(2)斜面底端M点到平台右侧BC的距离;
(3)水平恒力F的大小.
正确答案
解:(1)由题意可知,物体平抛运动下落的高度为y=3.2m
y=gt2
代入数据解得t=0.8s
(2)设平抛初速度为v0,物体撞在P点前瞬间竖直分速度为vy,
vy=gt═10×0.8m/s=8m/s
因为物体垂直斜面撞在P点,且斜面倾角为45°,
所以 v0=8m/s
平抛运动过程的水平位移为x=v0t=8×0.8m=6.4m
由题意可知,M到BC的距离为3.2m.
(3)物体在平台上做匀加速直线运动,设加速度为a
v02=2aL
F-μmg=ma
代入数据解得F=0.72N.
答:(1)物体做平抛运动的时间t为0.8s;
(2)斜面底端M点到平台右侧BC的距离为3.2m;
(3)水平恒力F的大小为0.72N.
解析
解:(1)由题意可知,物体平抛运动下落的高度为y=3.2m
y=gt2
代入数据解得t=0.8s
(2)设平抛初速度为v0,物体撞在P点前瞬间竖直分速度为vy,
vy=gt═10×0.8m/s=8m/s
因为物体垂直斜面撞在P点,且斜面倾角为45°,
所以 v0=8m/s
平抛运动过程的水平位移为x=v0t=8×0.8m=6.4m
由题意可知,M到BC的距离为3.2m.
(3)物体在平台上做匀加速直线运动,设加速度为a
v02=2aL
F-μmg=ma
代入数据解得F=0.72N.
答:(1)物体做平抛运动的时间t为0.8s;
(2)斜面底端M点到平台右侧BC的距离为3.2m;
(3)水平恒力F的大小为0.72N.
如图,在倾角为θ的光滑斜面上,有两个用轻质弹簧相连接的物体A、B.它们的质量分别是mA和mB,弹簧的劲度系数k,C为一固定挡板.系统处于静止状态.现开始用一恒力F沿斜面方向拉物体A,使之沿斜面向上运动.若重力加速度为g,求:
(1)物体B刚离开C时,物体A的加速度a.
(2)从开始到物体B刚要离开C时,物体A的位移d.
正确答案
解:(1)系统静止时,弹簧处于压缩状态,分析A物体受力可知:
F1=mAgsinθ,F1为此时弹簧弹力,设此时弹簧压缩量为x1,
则F1=kx1,得x1=
在恒力作用下,A向上加速运动,弹簧由压缩状态逐渐变为伸长状态.当B刚要离开C时,弹簧的伸长量设为x2,分析B的受力有:
kx2=mBgsinθ,
得x2=
设此时A的加速度为a,由牛顿第二定律有:
F-mAgsinθ-kx2=mAa,
得a=
(2)A与弹簧是连在一起的,弹簧长度的改变量即A上移的位移,故有d=x1+x2,
即有:d=
答:(1)物体B刚离开C时,物体A的加速度a=;
(2)从开始到物体B刚要离开C时,物体A的位移d=.
解析
解:(1)系统静止时,弹簧处于压缩状态,分析A物体受力可知:
F1=mAgsinθ,F1为此时弹簧弹力,设此时弹簧压缩量为x1,
则F1=kx1,得x1=
在恒力作用下,A向上加速运动,弹簧由压缩状态逐渐变为伸长状态.当B刚要离开C时,弹簧的伸长量设为x2,分析B的受力有:
kx2=mBgsinθ,
得x2=
设此时A的加速度为a,由牛顿第二定律有:
F-mAgsinθ-kx2=mAa,
得a=
(2)A与弹簧是连在一起的,弹簧长度的改变量即A上移的位移,故有d=x1+x2,
即有:d=
答:(1)物体B刚离开C时,物体A的加速度a=;
(2)从开始到物体B刚要离开C时,物体A的位移d=.
如图所示,长为L、内壁光滑的直管与水平地面成30°角固定放置.将一质量为m的小球固定在管底,用一轻质光滑细线将小球与质量为M=km的小物块相连,小物块悬挂于管口.现将小球释放,一段时间后,小物块落地静止不动,小球继续向上运动,通过管口的转向装置后做平抛运动,小球在转向过程中速率不变.(重力加速度为g)
(1)求小物块下落过程中的加速度大小;
(2)求小球从管口抛出时的速度大小;
(3)试证明小球平抛运动的水平位移总小于L.
正确答案
解:(1)设细线中的张力为T,对小球和小物块各自受力分析:
根据牛顿第二定律得:
对M:Mg-T=Ma
对m:T-mgsin30°=ma
且M=km
解得:a=
(2)设M落地时的速度大小为v,m射出管口时速度大小为v0,M落地后m的加速度为a0.
根据牛顿第二定律有:-mgsin30°=ma0
对于m匀加速直线运动有:v2=2aLsin30°
对于小物块落地静止不动,小球m继续向上做匀减速运动有:v2-v02=2a0L(1-sin30°)
解得:v0=(k>2)
(3)平抛运动x=v0t Lsin30°=gt2
解得x=L
因为<1,所以x<
L,得证.
答:(1)求小物块下落过程中的加速度大小是;
(2)求小球从管口抛出时的速度大小是;
解析
解:(1)设细线中的张力为T,对小球和小物块各自受力分析:
根据牛顿第二定律得:
对M:Mg-T=Ma
对m:T-mgsin30°=ma
且M=km
解得:a=
(2)设M落地时的速度大小为v,m射出管口时速度大小为v0,M落地后m的加速度为a0.
根据牛顿第二定律有:-mgsin30°=ma0
对于m匀加速直线运动有:v2=2aLsin30°
对于小物块落地静止不动,小球m继续向上做匀减速运动有:v2-v02=2a0L(1-sin30°)
解得:v0=(k>2)
(3)平抛运动x=v0t Lsin30°=gt2
解得x=L
因为<1,所以x<
L,得证.
答:(1)求小物块下落过程中的加速度大小是;
(2)求小球从管口抛出时的速度大小是;
一个物体放在足够大的水平地面上,图甲中,若用水平变力拉动,其加速度随力变化图象为图乙所示.现从静止开始计时,改用图丙中周期性变化的水平力F作用(g取10m/s2).求:
(1)物体的质量及物体与地面间的动摩擦因数.
(2)求周期力作用下物体在一个周期内的位移大小.
(3)21s内力F对物体所做的功.
正确答案
解:(1)由牛顿第二定律得:F-μmg=ma
得:
结合乙图象得:m=4kg;μ=0.1
(2)0~2s:由牛顿第二定律可得F1-μmg=ma1
前2s内通过的位移为
2s~4s:由牛顿第二定律可得F2-μmg=ma2
2s~4s:物体做匀减速运动,t=4s时速度恰好为0,
由以上式可知:一个周期内的位移为x=2x1=8m
(3)20s即5个周期通过的位移x10=5×8=40m
第21秒通过的位移
前21秒物体运动时拉力F做的功W=5(F1×s1+F2×s1)+F1×x′=5×[12×4+(-4)×4]+12×1J=172J
答:(1)物体的质量为4kg,物体与地面间的动摩擦因数为0.1.(2)求周期力作用下物体在一个周期内的位移大小为8m.(3)21s内力F对物体所做的功为172J
解析
解:(1)由牛顿第二定律得:F-μmg=ma
得:
结合乙图象得:m=4kg;μ=0.1
(2)0~2s:由牛顿第二定律可得F1-μmg=ma1
前2s内通过的位移为
2s~4s:由牛顿第二定律可得F2-μmg=ma2
2s~4s:物体做匀减速运动,t=4s时速度恰好为0,
由以上式可知:一个周期内的位移为x=2x1=8m
(3)20s即5个周期通过的位移x10=5×8=40m
第21秒通过的位移
前21秒物体运动时拉力F做的功W=5(F1×s1+F2×s1)+F1×x′=5×[12×4+(-4)×4]+12×1J=172J
答:(1)物体的质量为4kg,物体与地面间的动摩擦因数为0.1.(2)求周期力作用下物体在一个周期内的位移大小为8m.(3)21s内力F对物体所做的功为172J
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