- 牛顿第二定律
- 共12933题
长为L的杆竖直放置,杆两端A、B系着长为3L的不可伸长且光滑的柔软轻绳,绳上套着一个质量为m的小铁环.已知重力加速度为g,不计空气阻力.
(1)若杆与环保持相对静止,在空中水平向左做匀加速直线运动,此时环恰好与B端在同一水平高度,如图(a),请在图(c)中作出此时环的受力示意图,并求出此时加速度的大小a1.
(2)若杆与环保持相对静止,在竖直平面内沿某一方向做匀加速直线运动,加速度大小为g,此时环恰好位于轻绳正中间,如图(b)所示,求绳中拉力的大小.
正确答案
解:(1)受力示意图如右图所示.
设绳上的张力大小为T1,斜绳与水平方向夹角为60°,
T1sin60°=mg,
T1+T1cos60°=ma1
解得a1=g
(2)设绳上的张力大小为T2、绳与水平方向的夹角为θ
根据几何边长关系可知cosθ=
(2T2cosθ)2+(mg)2=(ma2)2
T2=mg
答:(1)若杆与环保持相对静止,此时加速度的大小是g.
(2)若杆与环保持相对静止,在竖直平面内沿某一方向做匀加速直线运动,加速度大小为g,此时环恰好位于轻绳正中间,如图(b)所示,绳中拉力的大小是
mg.
解析
解:(1)受力示意图如右图所示.
设绳上的张力大小为T1,斜绳与水平方向夹角为60°,
T1sin60°=mg,
T1+T1cos60°=ma1
解得a1=g
(2)设绳上的张力大小为T2、绳与水平方向的夹角为θ
根据几何边长关系可知cosθ=
(2T2cosθ)2+(mg)2=(ma2)2
T2=mg
答:(1)若杆与环保持相对静止,此时加速度的大小是g.
(2)若杆与环保持相对静止,在竖直平面内沿某一方向做匀加速直线运动,加速度大小为g,此时环恰好位于轻绳正中间,如图(b)所示,绳中拉力的大小是
mg.
质量为2kg的质点在x-y平面上做曲线运动,在x方向的速度图象和y方向的位移图象如图所示,则该质点所受合外力为______N、2s末质点速度大小为______.(计算结果用根式表示)
正确答案
3
m/s
解析
解:物体在x轴方向做匀加速直线运动,y轴做匀速直线运动;
2s时刻x方向速度为6m/s,y轴方向速度vy=-4m/s,故合速度为:
v=
x轴方向的加速度a=1.5m/s2,质点的合力F合=ma=3N
故答案为:3,2m/s.
目前,有一种先进的汽车制动装置,可保证车轮在制动时不会被抱死,使车轮仍有一定的滚动,安装了这种防抱死装置的汽车,在紧急刹车时可获得比车轮抱死更大的制动力,从而使刹车距离大大减小,假设汽车安装防抱死装置后刹车制动力恒为F,驾驶员的反应时间为t,汽车的质量为m,刹车前匀速行驶的速度为v,则( )
正确答案
解析
解:A、由牛顿第二定律可知,汽车刹车的加速度大小为a=.汽车刹车的时间不是t,所以刹车的加速度大小不是a=
.故A错误;
B、汽车刹车时间t0=.故B正确;
C、根据位移速度公式:,则位移:x=
=
=
.故C正确;
D、驾驶员的反应时间为t做匀速直线运动,所以驾驶员发现情况后紧急刹车时的安全距离s=vt+.故D正确.
故选:BCD
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?
正确答案
解:(1)由牛顿第二定律得:F-μmg=ma
变形得:
结合图象得:m=4kg;μ=0.1
(2)0~2s,根据牛顿第二定律,有:
根据位移时间关系公式,有:
2s~4s,根据牛顿第二定律,有:
由以上式可知:一个周期内的位移为x1=2s1=8m
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)周期力作用下物体在一个周期内的位移大小为8m;
解析
解:(1)由牛顿第二定律得:F-μmg=ma
变形得:
结合图象得:m=4kg;μ=0.1
(2)0~2s,根据牛顿第二定律,有:
根据位移时间关系公式,有:
2s~4s,根据牛顿第二定律,有:
由以上式可知:一个周期内的位移为x1=2s1=8m
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)周期力作用下物体在一个周期内的位移大小为8m;
如图所示,滑轮质量不计,如果m1=m2+m3,这时弹簧秤的读数为T,若把m2从右边移到左边的m1上,弹簧秤读数T将( )
正确答案
解析
解:令平衡时绳中张力为F,根据平衡知,开始弹簧秤读数T=2F=2m1g.
把物体m2从右边移到左边的物体m1上,整体的加速度a==
.
隔离对m3分析,令此时绳中张力为F′.
由牛顿第二定律可得:F′-m3g=m3a,
解得
<m2g+m3g=m1g
可知F′<F,则T′=2F′<T.故B正确,A、C、D错误.
故选:B.
观光旅游、科学考察经常利用热气球,保证热气球的安全就十分重要.科研人员进行科学考察时,气球、座舱、压舱物和科研人员的总质量为M=800kg,在空中停留一段时间后,由于某种故障,气球受到的空气浮力减小,当科研人员发现气球在竖直下降时,气球速度为v0=2m/s,此时开始计时经过t0=4s时间,气球匀加速下降了h1=16m,科研人员立即抛掉一些压舱物,使气球匀速下降.不考虑气球由于运动而受到的空气阻力,重力加速度g=10m/s2.求:
(1)气球加速下降阶段的加速度大小a.
(2)抛掉的压舱物的质量m是多大?
(3)抛掉一些压舱物后,气球经过时间△t=5s,气球下降的高度是多大?
正确答案
解:(1)设气球加速下降的加速度为a,受到空气的浮力为F,则
由运动公式可知:x=v0t+at2
解得:a=1 m/s2
(2)由牛顿第二定律得:Mg-F=Ma
抛掉质量为m压舱物,气体匀速下降,有:(M-m)g=F
解得:m=80 kg
(3)设抛掉压舱物时,气球的速度为v1,经过t1=5 s下降的高度为H
由运动公式可知:v1=v0+at
H=v1t1
解得:H=30 m
答:(1)气球加速下降阶段的加速度大小为1 m/s2.
(2)抛掉的压舱物的质量m是80kg
(3)抛掉一些压舱物后,气球经过时间△t=5s,气球下降的高度是30m.
解析
解:(1)设气球加速下降的加速度为a,受到空气的浮力为F,则
由运动公式可知:x=v0t+at2
解得:a=1 m/s2
(2)由牛顿第二定律得:Mg-F=Ma
抛掉质量为m压舱物,气体匀速下降,有:(M-m)g=F
解得:m=80 kg
(3)设抛掉压舱物时,气球的速度为v1,经过t1=5 s下降的高度为H
由运动公式可知:v1=v0+at
H=v1t1
解得:H=30 m
答:(1)气球加速下降阶段的加速度大小为1 m/s2.
(2)抛掉的压舱物的质量m是80kg
(3)抛掉一些压舱物后,气球经过时间△t=5s,气球下降的高度是30m.
如图所示,弹簧秤下端挂一重力为100N的粗细均匀的直棒A.棒上套有重20N的圆环B,当B以加速度a=5m/s2沿棒加速下滑时,弹簧秤的示数为______N.
正确答案
110
解析
解:设弹簧秤的示数是F,则有:GA+GB-F=M×0+ma
kg
解的:F=110N
故答案为:110
如图甲所示,质量m1=3kg的木板A静止在水平桌面上,t=0时,一质量为m2=2kg的物块B以v0=0.6m/s的速度从木板左端滑上木板A,物块B运动的速度-时间图象如图乙所示,己知物块与木板间及木板与地面间均有摩擦.设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,且物块始终在木板上,取g=10m/s2,求:
(1)木板与地面间的动摩擦因数μ1,物块与木板间动摩擦因数μ2;
(2)从t=0时刻到物块与木板均停止运动,物块相对于木板的位移的大小.
正确答案
解:(1)设0-0.9s时间内,木板和物块的加速度大小分别为,
,
式中v0=0.6m/s,v1=0.15m/s,
对木板:μ2m2g-μ1(m1+m2)g=m1a1.
对物块:μ2m2g=m2a2.
代入数据解得μ1=0.01,μ2=0.05.
(2)木板和物块相对于地面运动距离分别为
,
,
物块相对于木板的位移大小x=x2-x1,
代入数据,联立解得x=0.27m.
答:(1)木板与地面间的动摩擦因数为0.01,物块与木板间动摩擦因数为0.05.
(2)从t=0时刻到物块与木板均停止运动,物块相对于木板的位移的大小为0.27m.
解析
解:(1)设0-0.9s时间内,木板和物块的加速度大小分别为,
,
式中v0=0.6m/s,v1=0.15m/s,
对木板:μ2m2g-μ1(m1+m2)g=m1a1.
对物块:μ2m2g=m2a2.
代入数据解得μ1=0.01,μ2=0.05.
(2)木板和物块相对于地面运动距离分别为
,
,
物块相对于木板的位移大小x=x2-x1,
代入数据,联立解得x=0.27m.
答:(1)木板与地面间的动摩擦因数为0.01,物块与木板间动摩擦因数为0.05.
(2)从t=0时刻到物块与木板均停止运动,物块相对于木板的位移的大小为0.27m.
如图所示一光滑的斜面,下端与一段很短的光滑弧面相切,弧面另一端与水平传送带相切,水平传送带以5m/s顺时针转动,今有1kg的物体(可视为质点)从斜面上高度为h=5m处滑下,物体在弧面运动时不损失机械能,而且每次在弧面上运动时间极短,可以忽略,已知传送带足够长,它与物体之间的滑动摩擦因数为0.5,取g=10m/s2,求:
(1)水平传送带至少多长,物体才不会从左端滑出?
(2)物体第一次从滑上传送带,到离开传送带所用的时间.
正确答案
解:(1)物体下滑到水平面过程中,机械能守恒,
由机械能守恒定律得:mgh=mv02,代入数据解得:v0=10m/s,
物体在传送带上做匀减速直线运动,速度减为零时,
由动能定理得:-μmgs=0-mv02,代入数据解得:s=10m,
传送带至少长10m,物体不会从传送带上滑下;
(2)对物体,由牛顿第二定律得:μmg=ma,代入数据解得:a=5m/s2,
物体减速运动的时间:t0==
=2s,
物体向右加速运动速度与传送带速度相等时,
位移:x1==
=2.5m<10m,然后物体做匀速运动,
加速的运动时间:t1==
=1s,
物体匀速运动的时间:t2==
=1.5s,
物体的运动时间:t=t0+t1+t2=4.5s;
答:(1)水平传送带至少长10m,物体才不会从左端滑出;
(2)物体第一次从滑上传送带,到离开传送带所用的时间为4.5s.
解析
解:(1)物体下滑到水平面过程中,机械能守恒,
由机械能守恒定律得:mgh=mv02,代入数据解得:v0=10m/s,
物体在传送带上做匀减速直线运动,速度减为零时,
由动能定理得:-μmgs=0-mv02,代入数据解得:s=10m,
传送带至少长10m,物体不会从传送带上滑下;
(2)对物体,由牛顿第二定律得:μmg=ma,代入数据解得:a=5m/s2,
物体减速运动的时间:t0==
=2s,
物体向右加速运动速度与传送带速度相等时,
位移:x1==
=2.5m<10m,然后物体做匀速运动,
加速的运动时间:t1==
=1s,
物体匀速运动的时间:t2==
=1.5s,
物体的运动时间:t=t0+t1+t2=4.5s;
答:(1)水平传送带至少长10m,物体才不会从左端滑出;
(2)物体第一次从滑上传送带,到离开传送带所用的时间为4.5s.
如图所示,P、Q两物体叠放在一起,静止在水平地面上,P的质量为m,Q的质量为2m,P、Q间的动摩擦因数为μ,Q和地面间的动摩擦因数为
μ.设物体间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,现有一缓慢增大的水平力F作用于P,取重力加速度为g,有( )
正确答案
解析
解:A、由题意知,PQ间的最大静摩擦力fp=μmg,所以当F>fP时P相对于Q将运动,故A错误;
B、对Q进行受力分析,水平方向P最大给Q大小为μmg的水平向左的摩擦力,而地面给Q最大静摩擦力为,可见仅由P给Q的摩擦力不能使Q运动,故B错误;
C、当F=时对P受力分析根据牛顿第二定律有P的加速度:
,故C正确;
D、由B分析知,无论F取何值,Q均处于静止状态,故D错误.
故选:C.
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