- 牛顿第二定律
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一个物体在光滑水平面上受到F1=8N的力作用,产生a1=2m/s2 的加速度,
(1)求物体的质量为多少?
(2)要使它产生a2=3m/s2 的加速度,需要施加多大的力?
正确答案
解:(1)物体在光滑水平面上受到F1=8N的力作用,受重力、支持力和推力,根据牛顿第二定律,有:
m==
=4kg
(2)要使它产生a2=3m/s2 的加速度,需要施加的力为:
F=ma=4×3=12N
答:(1)物体的质量为4kg;
(2)要使它产生a2=3m/s2 的加速度,需要施加12N的力.
解析
解:(1)物体在光滑水平面上受到F1=8N的力作用,受重力、支持力和推力,根据牛顿第二定律,有:
m==
=4kg
(2)要使它产生a2=3m/s2 的加速度,需要施加的力为:
F=ma=4×3=12N
答:(1)物体的质量为4kg;
(2)要使它产生a2=3m/s2 的加速度,需要施加12N的力.
用长为L的细绳拴着质量为m的小球在竖直平面内作圆周运动,不计空气阻力,小球恰好能过最高点,则小球在最高点的速度的大小是______.
正确答案
解析
解:小球恰好能过最高点,说明此时绳子的拉力恰好为零,重力提供向心力,根据向心力公式得:
m=mg
解得:v=
故答案为:
如图所示,在光滑水平面上放着两块长度相同,质量分别为M1和M2的木板,在两木板的左端各放一个大小、形状、质量完全相同的物块m,开始时,各物块均静止,今在两物块上各作用一水平恒力F1、F2,当物块和木板分离时,两木板的速度分别为v1和v2.物块和木板间的动摩擦因数相同.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、首先看F1=F2 时情况:由题很容易得到两物块所受的摩擦力大小是相等的,因此两物块的加速度相同,我们设两物块的加速度大小为a,对于M1、M2,滑动摩擦力即为它们的合力,设M1的加速度大小为a1,M2的加速度大小为a2,根据牛顿第二定律得:a1=,
,其中m为物块的质量.设板的长度为L,它们向右都做匀加速直线运动,当物块与木板分离时:
物块与M1的相对位移:
物块与M2的相对位移:
若M1>M2,a1<a2,所以得:t1<t2,M1的速度为v1=a1t1,M2的速度为v2=a2t2则v1<v2,故A错误;
若M1<M2,a1>a2,所以得:t1>t2,M1的速度为v1=a1t1,M2的速度为v2=a2t2,则v1>v2,故B错误;
C、D、若F1>F2、M1=M2,根据受力分析和牛顿第二定律的:则M1上的物块的加速度大于M2上的物块的加速度,即aa>ab,由于M1=M2,所以M1、M2加速度相同,设M1、M2加速度为a.它们向右都做匀加速直线运动,当物块与木板分离时:
物块与M1的相对位移:
物块与M2的相对位移:L=
由于aa>ab,所以得:t1<t2,则v1<v2,故C错误;
若F1<F2、M1=M2,aa<ab,则v1>v2,故D正确;
故选:D.
如图所示,竖直放置的金属薄板M、N间距为d.绝缘水平直杆左端从N板中央的小孔穿过,与M板固接,右端处在磁感应强度为B的匀强磁场中.质量为m、带电量为+q的中空小球P,套在水平直杆上,紧靠M板放置,与杆的动摩擦因数为μ.当在M、N板间加上适当的电压U后,P球将沿水平直杆从N板小孔射出,试问:
(1)此时M、N哪个板的电势高?它们间的电势差必须大于多少?
(2)若M、N间电压U=时,小球能沿水平直杆从N板中央小孔射入磁场,则射入的速率多大?若磁场足够大,水平直杆足够长,则小球在磁场中运动的整个过程中,摩擦力对小球做多少功?
正确答案
解:(1)因P球带正电,只有M板电势高于N板电势,P球才会受到向右的电场力作用.才有可能向右运动.
故,若要小球P沿水平直杆从板间射出,必须使M板电势高于N板电势.
而要使小球P能沿水平直杆从板间射出,必须使电场力大于小球所受的摩擦力,即
qE>μmg 而E=
故
(2)设P球射出电场时的速率为v,由动能定理得:
即
解得:
小球P射入磁场后受到竖直向上的洛伦兹力作用,可能出现三种情况.
Ⅰ.qvB=mg,则小球不受摩擦力,做匀速直线运动.故摩擦力做功为零.
Ⅱ.qvB>mg,则直杆对小球有向下的压力,小球受摩擦力减速,当减速到洛仑兹力与重力大小相等后做匀速运动.设小球匀速时的速度vt,则qvtB=mg
设此过程中摩擦力做的功为W,由动能定理得:
即解得:
Ⅲ.qvB<mg,则直杆对小球有向上的支持力,小球受摩擦力减速,最终速度减为零. 则摩擦力所做的功为
解得:W=-4μmgd
答:M板电势高于N板电势,它们间的电势必须大于;(2)射入的速率为
,当qvB=mg时,摩擦力做功为零,
当qvB>mg时,摩擦力做功为,当qvB<mg时,摩擦力做的功为-4μmgd.
解析
解:(1)因P球带正电,只有M板电势高于N板电势,P球才会受到向右的电场力作用.才有可能向右运动.
故,若要小球P沿水平直杆从板间射出,必须使M板电势高于N板电势.
而要使小球P能沿水平直杆从板间射出,必须使电场力大于小球所受的摩擦力,即
qE>μmg 而E=
故
(2)设P球射出电场时的速率为v,由动能定理得:
即
解得:
小球P射入磁场后受到竖直向上的洛伦兹力作用,可能出现三种情况.
Ⅰ.qvB=mg,则小球不受摩擦力,做匀速直线运动.故摩擦力做功为零.
Ⅱ.qvB>mg,则直杆对小球有向下的压力,小球受摩擦力减速,当减速到洛仑兹力与重力大小相等后做匀速运动.设小球匀速时的速度vt,则qvtB=mg
设此过程中摩擦力做的功为W,由动能定理得:
即解得:
Ⅲ.qvB<mg,则直杆对小球有向上的支持力,小球受摩擦力减速,最终速度减为零. 则摩擦力所做的功为
解得:W=-4μmgd
答:M板电势高于N板电势,它们间的电势必须大于;(2)射入的速率为
,当qvB=mg时,摩擦力做功为零,
当qvB>mg时,摩擦力做功为,当qvB<mg时,摩擦力做的功为-4μmgd.
(2015秋•红桥区期末)如图所示,光滑水平地面上的长木板B,质量为M=8kg,质量为m=2kg的小物块A以v0=10m/s的初速度滑上木板B.已知A,B间动摩擦因数=0.4,求小物块A最终的速度及小物块A在木板B上滑行的距离(设B足够长,取g=10m/s2).
正确答案
解:A做匀减速运动的加速度大小为:
B做匀加速运动的加速度大小为:;
根据v0-a1t=a2t得:.
则有:v=a2t=1×2m/s=2m/s.
小物块A的位移为:=12m
木板B的位移为:
小物块A在木板B上滑行的距离为:△x=x1-x2=10m.
答:小物块A最终的速度2m/s,小物块A在B上滑行的距离为10m.
解析
解:A做匀减速运动的加速度大小为:
B做匀加速运动的加速度大小为:;
根据v0-a1t=a2t得:.
则有:v=a2t=1×2m/s=2m/s.
小物块A的位移为:=12m
木板B的位移为:
小物块A在木板B上滑行的距离为:△x=x1-x2=10m.
答:小物块A最终的速度2m/s,小物块A在B上滑行的距离为10m.
在某一旅游景区,建一山坡滑草运动项目.该山坡看成倾角θ=30°的斜面,一名游客连同滑草装置总质量m=80kg,他从静止开始匀加速下滑,在时间t=5s内沿斜面滑下的位移x=50m.(不计空气阻力,g取10m/s2,结果保留2位有效数字)问:
(1)游客连同滑草装置在下滑过程中受到的摩擦力F为多大?
(2)滑草装置与草皮之间的动摩擦因数μ为多大?
正确答案
解:(1)由位移公式有:x=at2
解得:a==4.0m/s2
沿斜面方向,由牛顿第二定律得:mgsinθ-F=ma
代入数值解得:F=m(gsinθ-a)=80 N
(2)在垂直斜面方向上,有:FN-mgcosθ=0
又有:F=μFN
联立并代入数值后,解得:μ=
答:(1)游客连同滑草装置在下滑过程中受到的摩擦力F为80N
(2)滑草装置与草皮之间的动摩擦因数μ为
解析
解:(1)由位移公式有:x=at2
解得:a==4.0m/s2
沿斜面方向,由牛顿第二定律得:mgsinθ-F=ma
代入数值解得:F=m(gsinθ-a)=80 N
(2)在垂直斜面方向上,有:FN-mgcosθ=0
又有:F=μFN
联立并代入数值后,解得:μ=
答:(1)游客连同滑草装置在下滑过程中受到的摩擦力F为80N
(2)滑草装置与草皮之间的动摩擦因数μ为
如图所示,三角体由两种材料拼接而成,BC界面平行底面DE,两侧面与水平面夹角分别为30°和60°,已知物块从A静止下滑,加速至B匀速至D;若该物块静止从A沿另一侧面下滑,则有( )
正确答案
解析
解:A、物体从倾角为θ的斜面滑下,根据动能定理得:mgh-μmgcoθ•=
mv2,故物体通过C点的速率大于通过B点的速率,故A错误;
B、物体从倾角为θ的斜面滑下,根据牛顿第二定律得:mgsinθ-μmgcoθ=ma,解得a=gsinθ-μgcoθ ①
根据运动学公式,有=
at2 ②,由①②得到AB段的运动时间大于AC段的运动时间,故B正确;
C、由①式可知,物体将一直加速滑行到E点,但AC段的加速度比CE段大,故C错误,D正确;
故选:BD.
用30N的水平外力F,拉一静止放在光滑的水平面上质量为20kg的物体,力F作用3秒后消失,则第5秒末物体的速度和加速度分别是( )
正确答案
解析
解:未撤去外力F时,物体的加速度为a==
力F作用3秒时物体的速度为v=at=1.5×3m/s=4.5m/s
3秒末撤去外力F后物体做匀速直线运动,则第5秒末物体等于第3秒末的速度v=4.5m/s,加速度为a=0.
故选C
如图甲所示,将一质量m=2kg的小球竖直向上抛出,小球在运动过程中的速度随时间变化的规律如图乙所示,设阻力大小恒定不变,g=10m/s2,求:
(1)小球上升过程中阻力f;
(2)小球在4秒末的速度以及此时离抛出点h.
正确答案
解:(1)小球上升做匀减速直线运动,匀减速直线运动的加速度大小.
根据牛顿第二定律得,-(mg+f)=ma2
解得f=-ma2-mg=-2×(-12.5)-20=5N.
(2)上升过程中上升的高度为
h″=
下降过程中加速度为mg-f=ma′
a,
故下降过程中下降高度为
4s末速度为v=a′t=7.5×2m/s=15m/s
故h=h″-h′=25-15m=10m
答:(1)小球上升过程中阻力f为5N;
(2)小球在4秒末的速度为15m/s以及此时离抛出点h为10m
解析
解:(1)小球上升做匀减速直线运动,匀减速直线运动的加速度大小.
根据牛顿第二定律得,-(mg+f)=ma2
解得f=-ma2-mg=-2×(-12.5)-20=5N.
(2)上升过程中上升的高度为
h″=
下降过程中加速度为mg-f=ma′
a,
故下降过程中下降高度为
4s末速度为v=a′t=7.5×2m/s=15m/s
故h=h″-h′=25-15m=10m
答:(1)小球上升过程中阻力f为5N;
(2)小球在4秒末的速度为15m/s以及此时离抛出点h为10m
如图所示,在水平地面上固定一倾角θ=37°、表面光滑、斜面足够长的斜面体,物体A以v1=6m/s的初速度沿斜面上滑,同时在物体A的正上方,有一物体B以某一初速度水平抛出.如果当A上滑到最高点时恰好被B物体击中.(A、B均可看作质点,sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2)求:
(1)物体B抛出时的初速度v2;
(2)物体A、B间初始位置的高度差h.
正确答案
解(1)根据牛顿第二定律得,A上滑的加速度a=gsin37°=6m/s2.
运动的时间t=.
A物体运动的位移.
则B平抛运动的水平位移x=xAcos37°=v2t
解得B抛出的初速度v2=2.4m/s.
(2)B平抛运动的高度差.
A上升的高度h2=xAsin37°=1.8m
则AB初始位置的高度差△h=h1+h2=6.8m.
答:(1)物体B抛出时的初速度为2.4m/s.
(2)物体A、B间初始位置的高度差h为6.8m.
解析
解(1)根据牛顿第二定律得,A上滑的加速度a=gsin37°=6m/s2.
运动的时间t=.
A物体运动的位移.
则B平抛运动的水平位移x=xAcos37°=v2t
解得B抛出的初速度v2=2.4m/s.
(2)B平抛运动的高度差.
A上升的高度h2=xAsin37°=1.8m
则AB初始位置的高度差△h=h1+h2=6.8m.
答:(1)物体B抛出时的初速度为2.4m/s.
(2)物体A、B间初始位置的高度差h为6.8m.
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