- 牛顿第二定律
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已知人和雪橇的总质量m=75kg,沿倾角θ=37°且足够长的斜坡向下滑动,滑动时雪橇所受的空气阻力f1与速度v成正比,比例系数(即空气阻力系数)k未知,从某时刻开始计时,测得雪橇运动的v-t图线如图中的曲线AC所示,图中BC是平行于Ot轴的直线,且与AC相切于C点,AD是过A点所作的曲线AC的切线,且A的坐标为(0,5),D点的坐标为(4,15),由v-t图的物理意义可知:v-t图线上每点所对应的物体运动的加速度在数值上等于通过该点切线的斜率,已知sin37°=0.60,cos37°=0.80,g取10m/s2.
(1)当雪橇的速度v=5m/s时,它的加速度为多大?
(2)求空气阻力系数k和雪橇与斜坡间的动摩擦因数μ.
(3)如已知6s末速度已经达到最大,则这6s下滑的距离是多少?
正确答案
解:(1)由图示图象可知,速度v=5m/s时的加速度:
a==
=2.5m/s2;
(2)空气阻力为f1=kv,雪撬与斜坡间的摩擦力为:f2=μmgcosθ,
取人和雪撬为研究对象,由牛顿第二定律得:mgsinθ-f1-f2=ma,
即mgsinθ-kv-μmgcosθ=ma,
由v-t图象知t0=0时,0=5/,=2.5/2,
当速度达到最大值时,vm=10m/s,a=0,
代入上式,解得k=37.5kg/s,μ=0.125;
(3)由图示图象可知,下滑位移约为:
s=10×6-×(10-5)×6=45m;
答:(1)当雪橇的速度v=5m/s时,它的加速度为2.5m/s2;
(2)空气阻力系数k=37.5kg/s,雪橇与斜坡间的动摩擦因数μ=0.125;
(3)如已知6s末速度已经达到最大,则这6s下滑的距离是45m.
解析
解:(1)由图示图象可知,速度v=5m/s时的加速度:
a==
=2.5m/s2;
(2)空气阻力为f1=kv,雪撬与斜坡间的摩擦力为:f2=μmgcosθ,
取人和雪撬为研究对象,由牛顿第二定律得:mgsinθ-f1-f2=ma,
即mgsinθ-kv-μmgcosθ=ma,
由v-t图象知t0=0时,0=5/,=2.5/2,
当速度达到最大值时,vm=10m/s,a=0,
代入上式,解得k=37.5kg/s,μ=0.125;
(3)由图示图象可知,下滑位移约为:
s=10×6-×(10-5)×6=45m;
答:(1)当雪橇的速度v=5m/s时,它的加速度为2.5m/s2;
(2)空气阻力系数k=37.5kg/s,雪橇与斜坡间的动摩擦因数μ=0.125;
(3)如已知6s末速度已经达到最大,则这6s下滑的距离是45m.
一物体重40N,由静止开始匀加速下落,2s内下落19m,它下落的加速度的大小为______m/s2,它的质量是______kg,空气对它的平均阻力是______N.(g=10m/s2)
正确答案
9.5
4
2
解析
解:根据质量与重力的关系的:m==
kg=4kg
物体做匀加速直线运动,根据x=得:a=
=9.5m/s2 根据牛顿第二定律F合=ma得:mg-f=ma,f=mg-ma=2N.
故答案为:9.5m/s2,4kg,2N
如图,钢性轻质支架ABO在B点焊上质量为m的小球,θ=37°,当整个装置以加速度a=2g沿B→O方向加速运动时,轻杆OB对小球作用力大小为______,轻杆AB对小球作用力大小为______.(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
正确答案
解析
解:根据牛顿第二定律可知F合=ma=2mg,方向沿B→O,对小球进行受力分析,小球受到重力、杆OB和杆AB对小球的作用力,如图所示,
由图可知,tanθ=,
;
FAB与mg的合力沿FBO的反方向,大小等于=
,
所以.
故答案为:轻杆OB对小球的作用力为,轻杆AB对小球的作用力为
.
如图,在光滑的水平面上停放有一长木板A,A的左端放有一质量与A的质量相同的小滑块B.在将A固定(A不能滑动)和不固定(A能自由滑动)两种情况下,给B施一大小均为F=4.7N的水平向右的拉力,使B由静止开始向右运动,测得在A不固定时B滑至A的右端所用的时间是在A固定情况下B滑至A的右端所用的时间的1.2倍,求A、B之间滑动摩擦力的大小是多少?
正确答案
解:设木板A的长度为L,A、B质量均为m,A、B间的摩擦力大小为f,A固定时,B滑至A的右端所用的时间是t1,A不固定时B滑至A的右端所用的时间是t2,则
A固定时,B以加速度a1向右运动,有F-f=ma1
L=,
A不固定时,B仍以加速度a1向右运动,A以加速度a2向右运动,有
f=ma2,
L=
已知 t2=1.2t1
由上述方程可解得:
代入数据得:f=1.1N.
答:A、B之间滑动摩擦力的大小是1.1N.
解析
解:设木板A的长度为L,A、B质量均为m,A、B间的摩擦力大小为f,A固定时,B滑至A的右端所用的时间是t1,A不固定时B滑至A的右端所用的时间是t2,则
A固定时,B以加速度a1向右运动,有F-f=ma1
L=,
A不固定时,B仍以加速度a1向右运动,A以加速度a2向右运动,有
f=ma2,
L=
已知 t2=1.2t1
由上述方程可解得:
代入数据得:f=1.1N.
答:A、B之间滑动摩擦力的大小是1.1N.
如图所示,光滑轨道MO和ON底端对接且
=2
,M、N两点高度相同.小球自M点由静止自由滚下,忽略小球经过O点时的机械能损失,以v、s、a、Ek分别表示小球的速度、位移、加速度和动能四个物理量的大小.下列图象中能正确反映小球自M点到N点运动过程的是( )
正确答案
解析
解:A、小球运动过程中,在两个斜面上都受到恒力作用而沿斜面做匀变速直线运动,速度先增加后减小,根据速度时间关系公式,可知两段运动过程中的v-t图都是直线,故A正确;
B、由于在两个斜面上都是匀变速运动,根据位移时间关系公式,可知位移--时间图象是曲线,故B错误;
C、加速度的大小与斜面的倾角大小有关,倾角确定,加速度大小确定,因而C错误;
D、速度与时间是一次函数关系,动能与速度的二次方成正比,故动能与时间也是二次函数关系,因而D也错误;
故选A.
(2016春•盐城校级月考)某航空公司的一架客机在正常航线上作水平飞行时,由于突然受到强大垂直于飞机的气流的作用,使飞机在10s内高度下降1700m,使众多未系安全带的乘客和机组人员受到伤害,如果只研究飞机在竖直方向上的运动,且假定这一运动是匀变速直线运动,试计算并说明:
(1)飞机在竖直方向上产生的加速度多大?方向怎样?
(2)安全带对乘客的作用力是其重力的多少倍?(g取10m/s2 )
(3)未系安全带的乘客,相对于机舱向什么方向运动?最可能受到伤害的是人体什么部位?(注:飞机上乘客所系的安全带是固定连接在飞机座椅和乘客腰部的较宽的带子,它使乘客与飞机座椅连为一体)
正确答案
解:(1)根据匀变速直线运动的位移时间公式得,h=
解得a=.
方向竖直向下.
(2)根据牛顿第二定律得,F+mg=ma
解得F=ma-mg=24m=2.4mg.
(3)未系安全带的乘客,仅受重力,竖直方向上做自由落体运动,相对于机舱向上运动,最可能受到伤害的部位是头.
答:(1)飞机在竖直方向上产生的加速度为34m/s2,方向竖直向下.
(2)安全带对乘客的作用力是其重力的2.4倍.
(3)乘客相对于机舱向上运动,最可能受到伤害的部位是头.
解析
解:(1)根据匀变速直线运动的位移时间公式得,h=
解得a=.
方向竖直向下.
(2)根据牛顿第二定律得,F+mg=ma
解得F=ma-mg=24m=2.4mg.
(3)未系安全带的乘客,仅受重力,竖直方向上做自由落体运动,相对于机舱向上运动,最可能受到伤害的部位是头.
答:(1)飞机在竖直方向上产生的加速度为34m/s2,方向竖直向下.
(2)安全带对乘客的作用力是其重力的2.4倍.
(3)乘客相对于机舱向上运动,最可能受到伤害的部位是头.
一质量为60kg的跳伞运动员做低空跳伞表演,他在离地面224m高处,由静止开始在竖直方向做自由落体运动.一段时间后,立即打开降落伞,以12.5m/s2的平均加速度匀减速下降,为了运动员的安全,要求运动员落地速度最大不得超过5m/s(取g=10m/s2),求:
(1)运动员展开伞时,离地面高度至少为多少?
(2)运动员展开伞后,所受到的阻力为多少?
(3)运动员在空中的最短时间是多少?
正确答案
解:(1)设运动员做自由落体运动的高度为h时速度为v,此时打开伞开始匀减速运动,落地时速度刚好为5 m/s,这种情况运动员在空中运动时间最短,则有:
v2=2gh…①
vt2-v2=2a(H-h)…②
由①②两式解得:h=125 m,v=50 m/s.
为使运动员安全着地,他展开伞时的高度至少为:H-h=224m-125m=99m.
(2)由牛顿第二定律得,f-mg=ma,
代入数据可解得:f=1350N;
(3)他在空中自由下落的时间为:
t1==
s=5s.
他减速运动的时间为:
t2==
=
s=3.6 s.
他在空中的最短时间为:t=t1+t2=8.6 s.
答:(1)运动员展开伞时,离地面高度至少为99m;
(2)运动员展开伞后,所受到的阻力为1350N;
(3)运动员在空中的最短时间是8.6s.
解析
解:(1)设运动员做自由落体运动的高度为h时速度为v,此时打开伞开始匀减速运动,落地时速度刚好为5 m/s,这种情况运动员在空中运动时间最短,则有:
v2=2gh…①
vt2-v2=2a(H-h)…②
由①②两式解得:h=125 m,v=50 m/s.
为使运动员安全着地,他展开伞时的高度至少为:H-h=224m-125m=99m.
(2)由牛顿第二定律得,f-mg=ma,
代入数据可解得:f=1350N;
(3)他在空中自由下落的时间为:
t1==
s=5s.
他减速运动的时间为:
t2==
=
s=3.6 s.
他在空中的最短时间为:t=t1+t2=8.6 s.
答:(1)运动员展开伞时,离地面高度至少为99m;
(2)运动员展开伞后,所受到的阻力为1350N;
(3)运动员在空中的最短时间是8.6s.
如图,在光滑水平面上放着紧靠在一起的A.B两物体,B的质量是A的2倍,B受到向右的恒力FB=2N,A受到的水平力FA=(9-2t)N,(t的单位是s).从t=0开始计时,则( )
正确答案
解析
解:设A的质量为m,则B的质量为2m,
在两物体没有分离时,对整体:根据牛顿第二定律得
a==
①
对B:设A对B的作用力大小为N,则
N+FB=2ma ②
解得,N=(16-4t),③
A、B、由③得,当t=4s时,N=0,此后A、B分离,B物体做匀加速直线运动.由①得:当t=0时,a1=;t=3s时,a2=
,则A物体在3s末时刻的加速度是初始时刻的
倍.故A、B正确.
C、t=4.5s时,A的加速度为aA==
=0,说明t=4.5s之前A在做加速运动,此时A的速度不为零,而且速度方向与B相同.故C错误.
D、t>4.5s后,A的加速度aA<0,而B的加速度不变,则知t>4.5s后,AB的加速度方向相反.故D正确.
故选ABD
物体在变力作用下由静止开始运动,如果变力F随时间t按图所示的情况变化,那么在0~t1的时间内物体( )
正确答案
解析
解:根据牛顿第二定律a=可知随着F的减小,加速度在减小,F的方向不变且与速度方向相同,所以物体一直做加速运动,
故选:D.
如图所示,质量为m=4kg的物体与水平地面间的动摩擦因数μ=0.2,现用F=25N与水平方向成θ=37°的力拉物体,使物体由静止开始做匀加速运动:
(1)物体所受支持力为多大?摩擦力为多大?
(2)求物体的加速度的大小?
(3)若F作用t=4s后即撤除,此后物体还能运动多久?(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)
正确答案
解:(1)物体的受力分析图如图所示,在竖直方向上,有:N+Fsin37°=mg
解得N=mg-Fsin37°=40-25×0.6N=25N,
则摩擦力的大小f=μN=0.2×25N=5N.
(2)物体的加速度a==3.75m/s2.
(3)根据速度时间公式得,4s末物体的速度v=at=3.75×4m/s=15m/s,
撤去拉力后物体的加速度a′=μg=2m/s2
则物体还能滑行的距离x=.
答:(1)物体所受的支持力为25N,摩擦力为5N.(2)物体的加速度大小为3.75m/s2.(3)撤去拉力后,物体还能滑行56.25m.
解析
解:(1)物体的受力分析图如图所示,在竖直方向上,有:N+Fsin37°=mg
解得N=mg-Fsin37°=40-25×0.6N=25N,
则摩擦力的大小f=μN=0.2×25N=5N.
(2)物体的加速度a==3.75m/s2.
(3)根据速度时间公式得,4s末物体的速度v=at=3.75×4m/s=15m/s,
撤去拉力后物体的加速度a′=μg=2m/s2
则物体还能滑行的距离x=.
答:(1)物体所受的支持力为25N,摩擦力为5N.(2)物体的加速度大小为3.75m/s2.(3)撤去拉力后,物体还能滑行56.25m.
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