- 牛顿第二定律
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如图所示,甲、乙两个物块分别系在一条跨过定滑轮的轻绳两端,已知甲的质量为300g,乙的质量为100g,不计摩擦,g取10m/s2,则甲、乙运动时加速度的大小为______m/s2,轻绳的拉力大小为______N.
正确答案
5
1.5
解析
解:对整体分析,整体的加速度=5m/s2,
隔离对甲分析,根据牛顿第二定律得,m甲g-T=m甲a,
解得T=m甲g-m甲a=0.3×(10-5)N=1.5N.
故答案为:5,1.5.
如图所示,长为L=0.54m的长木板放置在光滑的水平面上,长木板质量M=2kg,长木板最右端上放置一质量为m=1kg的小物体,设m与M之间的动摩擦因数μ=0.2,g取10m/s2.问:
(1)小物体m相对长木板M无滑动时,加在长木板M上的力F1为多大?
(2)若加在长木板M上的恒力F2=12N,F2一直作用的时间为多长时才能把小物体m从长木板上抽出.
正确答案
解:(1)m的最大加速度为,
对整体分析,F1=(m+M)am=(2+1)×2N=6N
则F1≤6N.
(2)拉力F2时,m的加速度为a1、M的加速度为a2,拉力F2作用时间为t,因为F2>F1,所以M、m已相对滑动,根据题意列方程
a1=am=2m/s2 a2==5m/s2
s1=a1t2
s2=a2t2
L=s2-s1=a2t2-
a1t2
代入数据联立解得:t=0.6 s
答:(1)加在长木板M上的力F1≤6N;
(2)F2一直作用的时间为0.6s时才能把小物体m从长木板上抽出.
解析
解:(1)m的最大加速度为,
对整体分析,F1=(m+M)am=(2+1)×2N=6N
则F1≤6N.
(2)拉力F2时,m的加速度为a1、M的加速度为a2,拉力F2作用时间为t,因为F2>F1,所以M、m已相对滑动,根据题意列方程
a1=am=2m/s2 a2==5m/s2
s1=a1t2
s2=a2t2
L=s2-s1=a2t2-
a1t2
代入数据联立解得:t=0.6 s
答:(1)加在长木板M上的力F1≤6N;
(2)F2一直作用的时间为0.6s时才能把小物体m从长木板上抽出.
在寒冷的冬天,路面很容易结冰,在冰雪路面上汽车一定要低速行驶.在冰雪覆盖的路面上,车辆遇紧急情况刹车时,车轮会抱死而“打滑”.如图所示,假设某汽车以10m/s的速度行驶至一斜坡的顶端A时,突然发现坡底前方有一行人正以4m/s的速度同向匀速运动,司机立即刹车,但因冰雪路面太滑,汽车仍沿斜坡滑下.已知斜坡长AC=11m,斜面倾角θ=37°,司机刹车时行人距坡底C点距离CE=2m,从厂家的技术手册中查得该车轮胎与冰雪路面的动摩擦因数约为0.5.(假设汽车从斜面到水平面的C点的速度大小不变,sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2)
(1)求汽车沿斜坡滑下的加速度大小;
(2)试分析此种情况下,行人是否有危险.
正确答案
解:(1)对汽车在斜面上进行受力分析,由牛顿第二定律得
汽车沿斜面方向的合力:F合=mgsinθ-μmgcosθ=ma1
所以可得汽车的加速度:=2m/s2
(2)汽车在水平冰雪路面上滑行时设加速度大小为a2
μmg=ma2
解得a2=μg=0.5×10m/s2=5m/s2
汽车到达坡底C时速度满足
解得=
=12m/s
所以从A至C经历的时间为
汽车在水平面上减速至v=v人=4m/s时经历时间
车滑行的距离为
在此过程中人发生的位移x2=v人(t1+t2)=4×(1+1.6)m=10.4m
由于x2+CE=12.4m<x1
所以行人有危险,应抓紧避让.
答:(1)求汽车沿斜坡滑下的加速度大小为2m/s2;
(2)试分析此种情况下,行人有危险.
解析
解:(1)对汽车在斜面上进行受力分析,由牛顿第二定律得
汽车沿斜面方向的合力:F合=mgsinθ-μmgcosθ=ma1
所以可得汽车的加速度:=2m/s2
(2)汽车在水平冰雪路面上滑行时设加速度大小为a2
μmg=ma2
解得a2=μg=0.5×10m/s2=5m/s2
汽车到达坡底C时速度满足
解得=
=12m/s
所以从A至C经历的时间为
汽车在水平面上减速至v=v人=4m/s时经历时间
车滑行的距离为
在此过程中人发生的位移x2=v人(t1+t2)=4×(1+1.6)m=10.4m
由于x2+CE=12.4m<x1
所以行人有危险,应抓紧避让.
答:(1)求汽车沿斜坡滑下的加速度大小为2m/s2;
(2)试分析此种情况下,行人有危险.
一物体以10m/s的初速度在粗糙水平面上作直线运动,已知物体与水平面间的摩擦因数为0.5,则物体在4s内的位移______m.
正确答案
10
解析
解:物体减速时的加速度为a=
设t时间小车静止,由于是在摩擦力的作用下减速,故减速到零后物体将永远静止vt=v0+at
代入数据解得t=2s
由于2s末已经停下,故时间t2=2s
由x=
代入数据解得x=10m
故答案为:10
如图所示,水平传送带以恒定的速度2m/s向左运动,将物体(可视为质点)轻轻放在传送带的右端,经时间2s,物体速度变为2m/s.再经过时间2s,物体到达传送带的左端.求:
(1)物体在水平传送带上滑动时的加速度大小;
(2)物体与水平传送带间的动摩擦因数;
(3)物体从水平传送带的右端到达左端通过的位移.
正确答案
解:由题意可知,物体前2s内做匀加速度直线运动,后2s内做匀速直线运动.
设前2s内物体的位移为x1,对物体受力分析如图所示.
由牛顿第二定律得Ff=μmg=ma------------①
由运动学公式得X1=at2---------------②
v=at1-----------------③
设后2s内物体的位移为x2,则x2=vt2--------④
物体从水平传送带的右端到达左端通过的位移x=x1+x2------⑤
联立①②③④⑤式解得:
a=1m/s2,
μ=0.1,
x=6m.
答:(1)物体在水平传送带上滑动时的加速度大小为1m/s2;
(2)物体与水平传送带间的动摩擦因数为0.1;
(3)物体从水平传送带的右端到达左端通过的位移为6m.
解析
解:由题意可知,物体前2s内做匀加速度直线运动,后2s内做匀速直线运动.
设前2s内物体的位移为x1,对物体受力分析如图所示.
由牛顿第二定律得Ff=μmg=ma------------①
由运动学公式得X1=at2---------------②
v=at1-----------------③
设后2s内物体的位移为x2,则x2=vt2--------④
物体从水平传送带的右端到达左端通过的位移x=x1+x2------⑤
联立①②③④⑤式解得:
a=1m/s2,
μ=0.1,
x=6m.
答:(1)物体在水平传送带上滑动时的加速度大小为1m/s2;
(2)物体与水平传送带间的动摩擦因数为0.1;
(3)物体从水平传送带的右端到达左端通过的位移为6m.
一物块沿倾角为θ的斜坡向上滑动.当物块的初速度为v时,上升的最大高度为H,如图所示;当物块的初速度为
时,上升的最大高度记为h,重力加速度大小为g,则物块与斜坡间的动摩擦因数为______和h为______H.
正确答案
()tanθ
解析
解:以速度v上升过程中,由动能定理可知=0-
以速度上升过程中,由动能定理可知
=0-
联立解得μ=()tanθ,h=
故答案为:()tanθ;
滑雪运动中,滑雪板与雪地之间的相互作用与滑动速度有关,当滑雪者的速度超过4m/s时,滑雪板与雪地间的动摩擦因数就会由μ1=0.25变为μ2=0.125.一滑雪者从倾角θ=37°的坡顶A处由静止开始自由下滑,滑至坡底B(B处为一光滑小圆弧)后又滑上一段水平雪地,最后停在C处,如图所示,不计空气阻力,坡长L=26m,取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:
(1)滑雪者到达B处时的速度;
(2)在图中画出滑雪者速度大小为10m/s时的受力示意图,并求出此时的加速度大小.
正确答案
解:(1)在AB段,速度小于等于4m/s时:
a1=gsinθ-μ 1gcosθ
解得a1=4m/s2
x1==2m
速度大于4m/s时:
a2=gsinθ-μ2gcosθ
解得a2=5m/s2
x2=L-x1=24m
解得vB==16m/s
(2)受力分析如图
当滑雪者速度大小等于10 m/s时滑雪板与雪地间的动摩擦因数为0.125,分别在AB段与BC段上,
在AB段时加速度为a2=5m/s2
在BC段时加速度为a=-μ2g=-1.25m/s2
答:(1)滑雪者到达B处时的速度为16m/s;(2)在AB段时加速度为a2=5m/s2,在BC段时加速度为a=1.25m/s2
解析
解:(1)在AB段,速度小于等于4m/s时:
a1=gsinθ-μ 1gcosθ
解得a1=4m/s2
x1==2m
速度大于4m/s时:
a2=gsinθ-μ2gcosθ
解得a2=5m/s2
x2=L-x1=24m
解得vB==16m/s
(2)受力分析如图
当滑雪者速度大小等于10 m/s时滑雪板与雪地间的动摩擦因数为0.125,分别在AB段与BC段上,
在AB段时加速度为a2=5m/s2
在BC段时加速度为a=-μ2g=-1.25m/s2
答:(1)滑雪者到达B处时的速度为16m/s;(2)在AB段时加速度为a2=5m/s2,在BC段时加速度为a=1.25m/s2
(2016•南通一模)如图所示,水平桌面上有三个相同的物体a、b、c叠放在一起,a的左端通过一根轻绳与质量为m=3kg的小球相连,绳与水平方向的夹角为60°,小球静止在光滑的半圆形器皿中.水平向右的力F=40N作用在b上,三个物体保持静止状态.g取10m/s2,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:设水平向右为正方向,设a、b、c的质量为m1,由于均静止,故加速度为:a1=0m/s2
A、对c:设b对c的静摩擦力为f,则水平方向上只受f影响,且c保持静止,由牛顿第二定律得:f=m1a1,代入数据得:f=0N,故A错误;
B、对b:b静止,设a对b的静摩擦力为f1,则水平面上:F+f1+f=m1a1=0,即:f1=-F=-40N,故b只受一个静摩擦力,方向与F相反,即水平向左,故B正确;
C、对a,a静止,设绳的拉力为T,器皿对小球的弹力为N,桌面对a的静摩擦力为f2,则水平面上:-f1+f2-T=m1a1=0 ①,
对小球受力分析如图:
由于小球静止,故竖直方向上:Nsin60°+Tsin60°=mg ②
水平方向上:Ncos60°=Tcos60° ③
联立①②③式代入数据解得:T=10N,f2≈-22.68N,故地面对a的静摩擦力水平向左,故C错误;
D、若撤去F,对a,水平方向上受绳的拉力:T=10N<静摩擦力f2,故整个系统仍然保持静止,故D错误;
故选:B.
以初速度v0冲上倾角为θ光滑斜面,求物体在斜面上运动的距离是多少.
正确答案
解析
解:根据牛顿第二定律得,物体在斜面上上滑的加速度大小为:a=,
则物体在斜面上运动的距离为:x=.
答:物体在斜面上运动的距离为.
如图所示,MN是两块竖直放置的带电平行板,板内有水平向左的匀强电场,PQ是光滑绝缘的水平滑槽,滑槽从N板中间穿入电场.a、b为两个带等量正电荷的相同小球,两球之间用绝缘水平轻杆固连,轻杆长为两板间距的
,杆长远大于球的半径,开始时从外面用绝缘轻绳拉着b球使a球靠近M板但不接触.现对轻绳施以沿杆方向的水平恒力拉着b球和a球由静止向右运动,当b球刚从小孔离开电场时,撤去拉力,之后a球也恰好能离开电场.求运动过程中b球离开电场前和离开电场后(a球还在电场中)轻杆中的弹力之比.不计两球间库仑力,球视为点电荷.
正确答案
解:设两球质量各为m,各受电场力大小为f,杆长为L,b球刚穿出时速度为v,两球加速时加速度大小为a1,减速时加速度大小为a2,b球离开前杆弹力大小为F1,离开后弹力大小为F2
对a球 F1-f=ma1 ①
对b球 F2=ma2 ②
对整体 f=2ma2 ③
加速过程 v2=2a1•2L ④
减速过程 v2=2a2L ⑤
联立解得 ⑥
答:运动过程中b球离开电场前和离开电场后(a球还在电场中)轻杆中的弹力之比为5:2.
解析
解:设两球质量各为m,各受电场力大小为f,杆长为L,b球刚穿出时速度为v,两球加速时加速度大小为a1,减速时加速度大小为a2,b球离开前杆弹力大小为F1,离开后弹力大小为F2
对a球 F1-f=ma1 ①
对b球 F2=ma2 ②
对整体 f=2ma2 ③
加速过程 v2=2a1•2L ④
减速过程 v2=2a2L ⑤
联立解得 ⑥
答:运动过程中b球离开电场前和离开电场后(a球还在电场中)轻杆中的弹力之比为5:2.
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