- 牛顿第二定律
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用相同材料做成的A、B两木块的质量之比为3:2,初速度之比为2:3,它们在同一粗糙水平面上同时开始沿直线滑行,直至停止,则它们( )
正确答案
解析
解:A、摩擦力作为合力,由牛顿第二定律得,f=μmg=ma,所以a=μg,加速度与物体的质量无关,
所以加速度之比为1:1,所以A错误.
B、由速度公式知,0=V0-at,即V0=at,a相同,所以,所以B错误.
C、D、由V2=2ax,a相同,所以,所以C正确,D错误.
故选C.
足够长的水平传送带以v=4m/s的速度匀速运行,将一质量为2kg的工件沿竖直向下的方向轻轻放在传送带上(设传送带的速度不变),若工件与传送带之间的动摩擦因数为0.2,则放手后工件在4s内的位移是多少?摩擦力对工件做功为多少?(g取10m/s2)
正确答案
解:设工件的加速度为a,加速运动时间为t1
根据牛顿第二定律,有
μmg=ma
解得:a=μg=0.2×102m/s2=2 m/s2
t1==
=2 s
工件加速运动的位移
工件的速度与传送带速度相同以后,工件就随传送带一起做匀速直线运动在此过程中,
工件加速运动的位移x2=v(t-t1)=4×2m=8m
故放手后工件在4s内的位移是x=x1+x2=12m
只有在前2 s内有摩擦力对工件做功,摩擦力对工件做功为
W=μmg•x1=16 J.
答:放手后工件在4s内的位移是12m,摩擦力对工件做功为16J
解析
解:设工件的加速度为a,加速运动时间为t1
根据牛顿第二定律,有
μmg=ma
解得:a=μg=0.2×102m/s2=2 m/s2
t1==
=2 s
工件加速运动的位移
工件的速度与传送带速度相同以后,工件就随传送带一起做匀速直线运动在此过程中,
工件加速运动的位移x2=v(t-t1)=4×2m=8m
故放手后工件在4s内的位移是x=x1+x2=12m
只有在前2 s内有摩擦力对工件做功,摩擦力对工件做功为
W=μmg•x1=16 J.
答:放手后工件在4s内的位移是12m,摩擦力对工件做功为16J
如图所示,水平地面上有两块完全相同的木块A、B,在水平推力F的作用下运动,用FAB代表A、B间的相互作用力,则( )
正确答案
解析
解:AB、若地面完全光滑,对整体分析有:a=,隔离对B分析,则A对B的作用力
.故A错误,C正确.
C、若地面是有摩擦的,且A、B被推动,A、B也将以共同的加速度运动,根据牛顿第二定律,对AB整体有:
F-μ(m+m)g=2ma
解得:a=
对B:FAB-μmg=ma 故:FAB=ma+μmg=m(a+μg)=.故BD错误.
故选:C
如图所示,A、B球的质量相等,弹簧的质量不计,倾角为θ的斜面光滑,系统静止时,弹簧与细线均平行于斜面,在细线被烧断的瞬间下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:系统静止,根据平衡条件可知:对B球F弹=mgsinθ,对A球F绳=F弹+mgsinθ,
细线被烧断的瞬间,细线的拉力立即减为零,但弹簧的弹力不发生改变,则:
A.B球受力情况未变,瞬时加速度为零;对A球根据牛顿第二定律得:a==
=2gsinθ,故A错误;
B.B球的受力情况未变,瞬时加速度为零,故B正确;
C.对A球根据牛顿第二定律得:a==
=2gsinθ,故C正确;
D.B球的受力情况未变,瞬时加速度为零,故D错误;
故选BC.
用细绳拴住一个质量为m的小球,小球将一端固定在墙上的水平轻弹簧压缩了△x(小球与弹簧不拴接),如图所示,则将细线烧断后( )
正确答案
解析
解:A、绳子烧断的瞬间,小球受重力和弹簧的弹力,小球不是立即做平抛运动.根据牛顿第二定律知,加速度不是g.故A错误,B错误.
C、小球离开弹簧后,仅受重力,加速度不变,所以做匀变速运动.故C正确.
D、根据动能定理知,mgh+W=.则小球落地时的动能大于mgh.故D正确.
故选:CD.
如图斜面倾角均为α,
(1)小球静止,质量m,重力加速度g,挡板竖直,斜面体对小球支持力FN=______;
(2)小球与斜面一起以加速度a匀加速直线运动,挡板竖直,斜面体对小球支持力FN=______.
正确答案
解析
解:(1)小球受重力、支持力和挡板的弹力处于平衡,
根据共点力平衡有:.
(2)小球与斜面一起以加速度a匀加速直线运动,根据牛顿第二定律得,
在竖直方向上平衡,有:FNcosα=mg,
解得:.
故答案为:,
.
如图所示,在倾角为θ的斜面上放置一内壁光滑的凹槽A,凹槽A与斜面间的动摩擦因数μ=
tanθ,槽内紧靠右挡板处有一小物块B,它与凹槽左挡板的距离为d.A、B的质量均为m,斜面足够长.现同时由静止释放A、B,此后B与A挡板每次发生碰撞均交换速度,碰撞时间都极短.已知重力加速度为g.求:
(1)物块B从开始释放到与凹槽A发生第一次碰撞所经过的时间t1.
(2)B与A发生第二次碰撞前瞬间物块B的速度大小v2.
(3)B与A发生第n+1(n≥1)次碰撞前瞬间物块B的速度大小vn.
正确答案
解:(1)设B下滑的加速度为aB,则mgsinθ=maB
解得:aB=gsinθ,
A所受重力沿斜面的分力 G1=mgsinθ<μ•2mgcosθ,
所以B下滑时,A保持静止,根据位移时间关系公式得:,
解得:
(2)滑块B刚释放后做匀加速运动,设物块B运动到凹槽A的左挡板时的速度为v1,根据匀变速直线运动规律得
第一次发生碰撞后瞬间A、B的速度分别为v1、0,此后A减速下滑,则2μmgcosθ-mgsinθ=maA
解得 aA=2gsinθ,方向沿斜面向上,
A速度减为零的时间为t1,下滑的位移大小为x1,
,
在时间t1内物块B下滑的距离,所以发生第二次碰撞前凹槽A已停止运动,
则B下滑距离x1与A发生第二次碰撞,则有
解得
(3)由(2)中的分析可知
第二次碰后凹槽A滑行的距离
同理可得,每次凹槽A碰后滑行的距离均为上一次的一半,速度为上一次的倍,
则B与A发生第n+1(n≥1)次碰撞前瞬间物块B的速度大小vn=,(n≥1).
答:(1)物块B从开始释放到与凹槽A发生第一次碰撞所经过的时间t1为;
(2)B与A发生第二次碰撞前瞬间物块B的速度大小v2为;
(3)B与A发生第n+1(n≥1)次碰撞前瞬间物块B的速度大小vn为,(n≥1).
解析
解:(1)设B下滑的加速度为aB,则mgsinθ=maB
解得:aB=gsinθ,
A所受重力沿斜面的分力 G1=mgsinθ<μ•2mgcosθ,
所以B下滑时,A保持静止,根据位移时间关系公式得:,
解得:
(2)滑块B刚释放后做匀加速运动,设物块B运动到凹槽A的左挡板时的速度为v1,根据匀变速直线运动规律得
第一次发生碰撞后瞬间A、B的速度分别为v1、0,此后A减速下滑,则2μmgcosθ-mgsinθ=maA
解得 aA=2gsinθ,方向沿斜面向上,
A速度减为零的时间为t1,下滑的位移大小为x1,
,
在时间t1内物块B下滑的距离,所以发生第二次碰撞前凹槽A已停止运动,
则B下滑距离x1与A发生第二次碰撞,则有
解得
(3)由(2)中的分析可知
第二次碰后凹槽A滑行的距离
同理可得,每次凹槽A碰后滑行的距离均为上一次的一半,速度为上一次的倍,
则B与A发生第n+1(n≥1)次碰撞前瞬间物块B的速度大小vn=,(n≥1).
答:(1)物块B从开始释放到与凹槽A发生第一次碰撞所经过的时间t1为;
(2)B与A发生第二次碰撞前瞬间物块B的速度大小v2为;
(3)B与A发生第n+1(n≥1)次碰撞前瞬间物块B的速度大小vn为,(n≥1).
如图所示,A、B质量分别为mA=1kg,mB=2kg,AB间用弹簧连接着.弹簧劲度系数k=100N/m.轻绳一端系在A上,另一端跨过定滑轮.B为套在轻绳上的光滑圆环,另一圆环C固定在桌边,B被C挡住而静止在C上.若开始时作用在绳子另一端的拉力F为零.此时A处于静止且刚好没接触地面.现用恒定拉力F=15N拉绳子,恰能使B离开C但不能继续上升,不计一切摩擦且弹簧没超过弹性限度,(g取10m/s2)求:
(1)B刚要离开C时A的加速度;
(2)若把拉力F改为F=30N,则B刚要离开C时,A的加速度和速度.
正确答案
解:(1)B刚要离开C的时候,弹簧对B的弹力FN=mBg
A的受力图如右图,由图可得:
(2)当F=0时,弹簧的伸长量
当F=15N,且A上升到最高点时,弹簧的压缩量
A上升过程中:F(x1+x2)=mAg(x1+x2)+△Ep
把拉力改为F‘=30N时,A上升过程中:
联立并代入数据得 v=3m/s
A的加速度为
答:
(1)B刚要离开C时A的加速度为15m/s2;
(2)若把拉力F改为F=30N,则B刚要离开C时,A的加速度是0,速度为3m/s.
解析
解:(1)B刚要离开C的时候,弹簧对B的弹力FN=mBg
A的受力图如右图,由图可得:
(2)当F=0时,弹簧的伸长量
当F=15N,且A上升到最高点时,弹簧的压缩量
A上升过程中:F(x1+x2)=mAg(x1+x2)+△Ep
把拉力改为F‘=30N时,A上升过程中:
联立并代入数据得 v=3m/s
A的加速度为
答:
(1)B刚要离开C时A的加速度为15m/s2;
(2)若把拉力F改为F=30N,则B刚要离开C时,A的加速度是0,速度为3m/s.
火车在一段平直轨道上匀加速行驶,甲、乙两同学利用手边的器材测火车的加速度,甲用细绳把一只小铁锁吊在行李架上,使悬点正好在小球边缘的正上方,他测出悬点到小铁锁的距离l及小铁锁偏离桌子边缘的水平距离s,则甲同学测得火车的加速度大小为______,乙把一只矿泉水瓶竖放在行李架上,在瓶的底部戳一个小孔,让水一滴一滴流出来,他测出小孔到桌面的高度为h和水滴下落时偏移的距离为s,则乙同学测得火车的加速度大小为______.
正确答案
解析
解:小铁锁所受的合力F合=mgtanθ,火车的加速度与小铁锁的加速度相同,则a=
.
根据几何关系得,tan.则a=
.
根据h=,解得t=
.
则s==
解得a=.
故答案为:,
.
某运动员做跳伞训练,他从悬停在空中的直升机上由静止跳下,先做自由落体运动,跳离飞机一段时间后打开降落伞做减速下落.他打开降落伞后的速度图线如图a.降落伞用8根对称的绳悬挂运动员,每根绳与中轴线的夹角均为30°,如图b.已知人的质量为50kg,降落伞质量也为50kg,不计人所受的阻力,打开伞后伞所受阻力f与速率v成正比,即f=kv (已知g取10m/s2.).求:
(1)打开降落伞前人下落的距离为多大?
(2)求阻力系数k和打开伞瞬间的加速度a的大小和方向?
(3)悬绳能够承受的拉力至少为多少?
正确答案
解:(1)由v-t图知人打开降落伞时速度为:v0=20m/s,
则打开降落伞前人下落的距离为:h0==
=20m,
(2)当人和降落伞的速度v=5m/s时做匀速运动,则:
kv=2mg,
解得:k=200N•s/m
对整体,根据牛顿第二定律得:kv0-2mg=2ma,
解得:a==30m/s2,方向竖直向上
(3)设每根绳拉力为T,以运动员为研究对象有:
8Tcos30°-mg=ma,
T=N
由牛顿第三定律得:悬绳能承受的拉力至少为N.
答:(1)打开降落伞前人下落的距离为20m;
(2)求阻力系数k和打开伞瞬间的加速度a的大小为30m/s2,方向竖直向上;
(3)悬绳能够承受的拉力至少为N.
解析
解:(1)由v-t图知人打开降落伞时速度为:v0=20m/s,
则打开降落伞前人下落的距离为:h0==
=20m,
(2)当人和降落伞的速度v=5m/s时做匀速运动,则:
kv=2mg,
解得:k=200N•s/m
对整体,根据牛顿第二定律得:kv0-2mg=2ma,
解得:a==30m/s2,方向竖直向上
(3)设每根绳拉力为T,以运动员为研究对象有:
8Tcos30°-mg=ma,
T=N
由牛顿第三定律得:悬绳能承受的拉力至少为N.
答:(1)打开降落伞前人下落的距离为20m;
(2)求阻力系数k和打开伞瞬间的加速度a的大小为30m/s2,方向竖直向上;
(3)悬绳能够承受的拉力至少为N.
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