- 牛顿第二定律
- 共12933题
质量m=3kg的质点静止在光滑水平面上的直角坐标系的原点O(坐标系所在平面即为水平面),先用沿+x轴方向的力F1=9N作用了2s,然后撤去F1;再用沿+y轴方向的力F2=24N作用了1s,请列出必要的表达式,计算出质点在3s末的位置坐标并在图中画出质点在这3s内的质点的运动轨迹.
正确答案
解:前2s,根据牛顿第二定律,有:
a1=
速度为:
v1=a1t1=3×2=6m/s
位移:
x1==
=6m
第3s,物体做类似平抛运动,加速度:
a2=
水平分位移:
x2=v1t2=6×1=6m
y方向分位移:
3s末横坐标:x=6+6=12m;
故3s末的坐标为:(12m,4m)
答:质点在3s末的坐标为:(12m,4m).
解析
解:前2s,根据牛顿第二定律,有:
a1=
速度为:
v1=a1t1=3×2=6m/s
位移:
x1==
=6m
第3s,物体做类似平抛运动,加速度:
a2=
水平分位移:
x2=v1t2=6×1=6m
y方向分位移:
3s末横坐标:x=6+6=12m;
故3s末的坐标为:(12m,4m)
答:质点在3s末的坐标为:(12m,4m).
建筑工地上常用升降机将建材从地面提升到需要的高度.某次提升建材时,研究人员在升降机底板安装了压力传感器,可以显示建材对升降机底板压力的大小.已知建材放上升降机后,升降机先静止了t0=1s,然后启动,7s末刚好停止运动,在这7s内压力传感器的示数如图所示.当地重力加速度g取10m/s2.求
(1)整个过程中升降机的最大速度及整个过程中建材上升的高度h.;
(2)在5s~7s内压力传感器的示数F.
正确答案
解:(1)当建材静止时F0=mg,建材质量为:m=
在1s~5s内加速度为由牛顿第二定律得:F1-mg=ma1
a1=
最大速度为:v=a1t1=4m/s
在1-5s内和5-7s内的平均速度相等,所以上升的最大高度为:
h==12m
(2)在5s~7s内,加速度为:a2==2m/s
由牛顿第二定律,有:mg-F=ma2
解得压力传感器的示数:F=4000N
答:(1)整个过程中升降机的最大速度及整个过程中建材上升的高度h为12m
(2)在5s~7s内压力传感器的示数F为4000N
解析
解:(1)当建材静止时F0=mg,建材质量为:m=
在1s~5s内加速度为由牛顿第二定律得:F1-mg=ma1
a1=
最大速度为:v=a1t1=4m/s
在1-5s内和5-7s内的平均速度相等,所以上升的最大高度为:
h==12m
(2)在5s~7s内,加速度为:a2==2m/s
由牛顿第二定律,有:mg-F=ma2
解得压力传感器的示数:F=4000N
答:(1)整个过程中升降机的最大速度及整个过程中建材上升的高度h为12m
(2)在5s~7s内压力传感器的示数F为4000N
如图所示,在水平面固定一倾角θ=30°的光滑斜面(水平面与斜面用一小段圆弧相连),一光滑木块甲从斜面上高h=5cm的A点由静止释放,同时一木块乙在水平面的C点已初速度v0向右运动,经过时间t=1s,两木块在水平面上相碰.已知C点到斜面底端B的距离L=3.8m,木块乙与水平面间的动摩擦因数μ=0.2,取g=10m/s2,求木块乙的初速度v0.
正确答案
解:对甲,由牛顿第二定律得:a==5m/s2,
由位移公式得:=
at12,
解得:t1=0.2s,
v1=at1=1m/s,
由题意可知:v0(t-t1)-μg(t-t1)2+v1(t-t1)=L
代入数据解得:v0=4m/s;
答:木块乙的初速度v0是4m/s.
解析
解:对甲,由牛顿第二定律得:a==5m/s2,
由位移公式得:=
at12,
解得:t1=0.2s,
v1=at1=1m/s,
由题意可知:v0(t-t1)-μg(t-t1)2+v1(t-t1)=L
代入数据解得:v0=4m/s;
答:木块乙的初速度v0是4m/s.
如图所示,质量为4kg的小球用细绳拴着吊在行驶的汽车后壁上,绳与竖直方向夹角为37°.已知g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,求:
(1)汽车匀速运动时,细线对小球的拉力和车后壁对小球的压力.
(2)当汽车以a1=2m/s2向右匀减速行驶时,细线对小球的拉力和小球对车后壁的压力.
(3)当汽车以a2=10m/s2向右匀减速行驶时,细线对小球的拉力和小球对车后壁的压力.
正确答案
解:(1)匀速运动时,小球受力分析,小球受到重力、拉力、后壁的弹力,由平衡条件得:
Tsinθ=FN,Tcosθ=mg
代入数据得:T=50N,FN=30N.
(2)当汽车向右匀减速行驶时,设车后壁弹力为0时的加速度为a0(临界条件),受重力和拉力两个力,
由牛顿第二定律得:Tsinθ=ma0,Tcosθ=mg.
代入数据得:a0=gtanθ=10×m/s2=7.5m/s2.
a1=2m/s2<7.5m/s2,向右匀减速行驶时小球受车后壁的弹力,对小球受力分析,正交分解,
竖直方向:Tcos37°=mg
水平方向:Tsin37°-FN=ma1
解得:T=50N,FN=22N.
(3)因为a2=10m/s2>a0,所以小球飞起来,所以小球对车后壁的压力FN′=0.
对细线的拉力T′==40
N=56.56N
答:(1)汽车匀速运动时,小球对细线的拉力大小为50N,对车后壁的压力为30N.
(2)当汽车以a1=2m/s2向右匀减速行驶时,细线对小球的拉力为50N,小球对车后壁的压力为22N.
(3)当汽车以a=10m/s2向右匀减速行驶时,细线对小球的拉力大小为56.56N,小球对车后壁的压力大小为零.
解析
解:(1)匀速运动时,小球受力分析,小球受到重力、拉力、后壁的弹力,由平衡条件得:
Tsinθ=FN,Tcosθ=mg
代入数据得:T=50N,FN=30N.
(2)当汽车向右匀减速行驶时,设车后壁弹力为0时的加速度为a0(临界条件),受重力和拉力两个力,
由牛顿第二定律得:Tsinθ=ma0,Tcosθ=mg.
代入数据得:a0=gtanθ=10×m/s2=7.5m/s2.
a1=2m/s2<7.5m/s2,向右匀减速行驶时小球受车后壁的弹力,对小球受力分析,正交分解,
竖直方向:Tcos37°=mg
水平方向:Tsin37°-FN=ma1
解得:T=50N,FN=22N.
(3)因为a2=10m/s2>a0,所以小球飞起来,所以小球对车后壁的压力FN′=0.
对细线的拉力T′==40
N=56.56N
答:(1)汽车匀速运动时,小球对细线的拉力大小为50N,对车后壁的压力为30N.
(2)当汽车以a1=2m/s2向右匀减速行驶时,细线对小球的拉力为50N,小球对车后壁的压力为22N.
(3)当汽车以a=10m/s2向右匀减速行驶时,细线对小球的拉力大小为56.56N,小球对车后壁的压力大小为零.
在粗糙的水平面上用水平恒力F=12N推动质量为m=1kg的物体,由静止开始运动,经过1s撤去外力F,又经过2s物体停止运动,则物体与水平面间的动摩擦因数为______.
正确答案
解析
解:从静止到停止,物体动量没变,
设物体与水平面的滑动摩擦力为f,滑动摩擦因数为u,
则有:Ft-f(t+t′)=0,
因f=umg
物体与水平面的滑动摩擦力f=F(方向与物体运动方向相反),
滑动摩擦因数μ==
;
故答案为:
如图所示,质量为M的斜劈静止于粗糙水平地面上,质量为m的滑块在斜面上匀速下滑,已知斜面足够长,倾角为θ,某时刻对滑块m施加一个与斜面夹角为φ的力F,滑块开始加速下滑,重力加速度取g,求:
(1)滑块m的加速度a;
(2)M受到的地面的摩擦力f.
正确答案
解:(1)不加外力时,物体在斜面上匀速下滑,在沿斜面方向:mgsinθ=Ff′,
Ff′=μN′,
在垂直斜面方向上,N′=mgcosθ,
解得μ=tanθ,
加上外力后,受力如图所示,
在沿斜面方向:Fcosφ+mgsinθ-Ff=ma,
垂直斜面方向:N=Fsinφ+mgcosθ,
Ff=μN,
联立解得a=.
(2)对斜面体分析,斜面体静止不动,受力平衡,
在水平方向上Ffcosθ与Nsinθ的合力与地面摩擦力f等大反向,
Ff=μN,
故有:,
所以地面给斜面的摩擦力为零.
答:(1)滑块m的加速度a为;
(2)M受到的地面的摩擦力为0.
解析
解:(1)不加外力时,物体在斜面上匀速下滑,在沿斜面方向:mgsinθ=Ff′,
Ff′=μN′,
在垂直斜面方向上,N′=mgcosθ,
解得μ=tanθ,
加上外力后,受力如图所示,
在沿斜面方向:Fcosφ+mgsinθ-Ff=ma,
垂直斜面方向:N=Fsinφ+mgcosθ,
Ff=μN,
联立解得a=.
(2)对斜面体分析,斜面体静止不动,受力平衡,
在水平方向上Ffcosθ与Nsinθ的合力与地面摩擦力f等大反向,
Ff=μN,
故有:,
所以地面给斜面的摩擦力为零.
答:(1)滑块m的加速度a为;
(2)M受到的地面的摩擦力为0.
如图所示,粗糙斜面倾角θ=37°,斜面宽a为3m,长b为4m,质量为0.1kg的小木块从斜面A点静止释放,释放同时用与斜面底边BC平行的恒力F推该小木块,小木块与斜面间的动摩擦因数为μ=0.5(g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8).
(1)若F大小为0,求木块到达底边所需的时间t1;
(2)若木块沿斜面对角线从点A运动到点C,求力F的大小及A到C所需时间t2.
正确答案
解:(1)物体在斜面上沿斜面产生的加速度为:
a=
下滑的时间为:
(2)若木块沿斜面对角线从点A运动到点C,说明物体受到的合力沿AC方向,设AC与AB的夹角为α,AC=,由几何关系可得:
故施加的外力为:F=mgsinθ•tanα=0.45N
由牛顿第二定律可得产生的加速度为:
由运动学公式得:
=
≈1.5s
答:1)若F大小为0,求木块到达底边所需的时间t1为2s
(2)若木块沿斜面对角线从点A运动到点C,求力F的大小及A到C所需时间t2为1.5s.
解析
解:(1)物体在斜面上沿斜面产生的加速度为:
a=
下滑的时间为:
(2)若木块沿斜面对角线从点A运动到点C,说明物体受到的合力沿AC方向,设AC与AB的夹角为α,AC=,由几何关系可得:
故施加的外力为:F=mgsinθ•tanα=0.45N
由牛顿第二定律可得产生的加速度为:
由运动学公式得:
=
≈1.5s
答:1)若F大小为0,求木块到达底边所需的时间t1为2s
(2)若木块沿斜面对角线从点A运动到点C,求力F的大小及A到C所需时间t2为1.5s.
如图所示,滑块A以一定初速度从粗糙斜面体B的底端沿B向上滑,然后又返回,整个过程中斜面体B与地面之间没有相对滑动,那么滑块向上滑和下滑的两个过程中( )
正确答案
解析
解:A、物体上滑时受到的滑动摩擦力沿斜面向下,下滑时滑动摩擦力沿斜面向上,则上滑的合力大于下滑的合力,由牛顿第二定律得知,物体上滑的加速度大于下滑的加速度.而两个过程位移大小相等,由位移x=
,得知滑块向上滑动的时间小于向下滑动的时间.故A错误.
B、由A分析知B错误;
C、D在上滑和下滑的两个过程中,物体的加速度方向都沿斜面向下,对整体研究,分析受力情况,如图,将物体的加速度分解为水平和竖直两个方向,由牛顿第二定律得
Ff=max=macosα,ax方向水平向左,则地面对B的摩擦力方向也水平向左,两个过程不变,但由于加速度大小a不同,则知斜面体B受地面的摩擦力大小改变、方向不变.
(M+m)g-N=may,则得N<(M+m)g,即斜面体B受地面的支持力大小始终小于A与B的重力之和.故C正确,D错误.
故选:D
2012年11月,“歼15”舰载机在“辽宁号”航空母舰上着舰成功.图1为利用阻拦系统让舰载机在飞行甲板上快速停止的原理示意图.飞机着舰后,飞机的动力系统立即关闭,滑行一小段后飞机成功从阻拦索中点垂直钩住阻拦索,阻拦系统通过阻拦索对飞机施加一作用力,使飞机在甲板上滑行到停止.若航母保持静止,在某次降落中,以飞机着舰点为计时起点,飞机的速度随时间变化关系简化成如图2所示.已知两定滑轮间的距离d=60米,求:
①飞机钩住阻拦索后的加速度;
②飞机着舰后前进的总距离;
③飞机停止时两定滑轮间的阻拦索的长度L.
正确答案
解:(1)由v-t图象知,飞机钩住阻拦索后的加速度a=
负号表示飞机加速度的方向与速度方向相反;
(2)v-t图象中图象与时间轴所围图形的面积表示位移的大小,故飞机着舰后前进的总位移
(3)由(2)知飞机前进120m,d=60m,根据几何关系知,阻拦索的长度
L=2m≈247m
答:①飞机钩住阻拦索后的加速度大小40m/s2,加速度的方向与速度方向相反;
②飞机着舰后前进的总距离为120m;
③飞机停止时两定滑轮间的阻拦索的长度L247m.
解析
解:(1)由v-t图象知,飞机钩住阻拦索后的加速度a=
负号表示飞机加速度的方向与速度方向相反;
(2)v-t图象中图象与时间轴所围图形的面积表示位移的大小,故飞机着舰后前进的总位移
(3)由(2)知飞机前进120m,d=60m,根据几何关系知,阻拦索的长度
L=2m≈247m
答:①飞机钩住阻拦索后的加速度大小40m/s2,加速度的方向与速度方向相反;
②飞机着舰后前进的总距离为120m;
③飞机停止时两定滑轮间的阻拦索的长度L247m.
中央电视台推出过一个游戏节目--推矿泉水瓶.选手们从起点开始用力推瓶一段时间后,放手让瓶向前滑动,若瓶最后停在桌上有效区域内,视为成功;若瓶最后不停在有效区域内或在滑行过程中倒下均视为失败.其简化模型如图所示,AC是长度为L1=6m的水平桌面,选手们可将瓶子放在A点,从A点开始用一恒定不变的水平推力推瓶,BC为有效区域.已知BC长度为L2=1m,瓶子质量为m=0.5kg,瓶子与桌面间的动摩擦因数μ=0.5.某选手作用在瓶子上的水平推力F=7.5N,瓶子沿AC做直线运动,g取10m/s2,假设瓶子可视为质点.试通过计算说明:
(1)若推力作用时间为0.6s能否取得成功?
(2)推力作用距离1m能否取得成功?
正确答案
解:(1)要想获得游戏成功,瓶滑到C点速度正好为0,力作用时间最长,设最长作用时间为t1,有力作用时瓶的加速度为a1,t1时刻瓶的速度为v,力停止后加速度为a2,由牛顿第二定律,有推力作用时有:
F-μmg=ma1,
a1=10m/s2
m
撤去推力时有:v1=a1t=6m/s
撤去推力后有:μmg=ma2,a2=5m/s2
m
AB<x1+x2<AC成功
(2)撤去推力时,得:
m/s
撤去推力后有:m
x3+x4<AB不成功
答:(1)若推力作用时间为0.6s能取得成功;
(2)推力作用距离1m不能取得成功.
解析
解:(1)要想获得游戏成功,瓶滑到C点速度正好为0,力作用时间最长,设最长作用时间为t1,有力作用时瓶的加速度为a1,t1时刻瓶的速度为v,力停止后加速度为a2,由牛顿第二定律,有推力作用时有:
F-μmg=ma1,
a1=10m/s2
m
撤去推力时有:v1=a1t=6m/s
撤去推力后有:μmg=ma2,a2=5m/s2
m
AB<x1+x2<AC成功
(2)撤去推力时,得:
m/s
撤去推力后有:m
x3+x4<AB不成功
答:(1)若推力作用时间为0.6s能取得成功;
(2)推力作用距离1m不能取得成功.
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