- 牛顿第二定律
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三角形传送带以1m/s的速度逆时针匀速转动,两边的传送带长都是2m且与水平方向的夹角均为37°.现有两个小物块A、B从传送带顶端都以1m/s的初速度沿传送带下滑,物块与传送带间的动摩擦因数都是0.5,(g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、对A,因为mgsin37°>μmgcos37°,则A物体所受的滑动摩擦力沿斜面向上,向下做匀加速直线运动,B所受的滑动摩擦力沿斜面向上,向下做匀加速直线运动,两物体匀加速直线运动的加速度大小均为 a==g(sin37°-μgcos37°)=2m/s2,则加速度大小相等,初速度和位移大小均相等,则运动的时间相等,它们同时到达传送带底端.故A错误,B正确.
C、由v=v0+at知,物块A、B到达传送带底端时速度大小相等.故C正确.
D、对A,划痕的长度等于A的位移减为传送带的位移,
以A为研究对象,由运动学公式得:L=v0t+
运动时间为:t=1s.
所以皮带运动的位移为 x=vt=1m.
所以A对皮带的划痕为:△x1=2m-1m=1m
对B,划痕的长度等于B的位移加上传送带的位移,同理得出B对皮带 的划痕为△x2=2m+1m=3m.所以划痕之比为1:3,故D正确.
故选:BCD
如图,足够长的斜面倾角θ=37°.一个物体以v0=12m/s的初速度从斜面A点处沿斜面向上运动.物体与斜面间的动摩擦因数为μ=0.25.已知重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:
(1)物体沿斜面上滑时的加速度大小a1;
(2)物体沿斜面上滑的最大距离x;
(3)物体沿斜面到达最高点后返回下滑时的加速度大小a2;
(4)物体从A点出发到再次回到A点运动的总时间t.
正确答案
(1)沿斜面向上运动,由牛顿第二定律得mgsinθ+μmgcosθ=ma1
解得:a1=8m/s2
(2)物体沿斜面上滑,
由
得x=9m
(3)物体沿斜面返回下滑时mgsinθ-μmgcosθ=ma2
则a2=4m/s2
(4)物体从A点出发到再次回到A点运动的总时间t.
沿斜面向上运动v0=a1t1
沿斜面向下运动
则t=t1+t2=s≈3.62s
答:(1)物体沿斜面上滑时的加速度大小a1为8m/s2;
(2)物体沿斜面上滑的最大距离x为9m;
(3)物体沿斜面到达最高点后返回下滑时的加速度大小a2为4m/s2;
(4)物体从A点出发到再次回到A点运动的总时间3.62s.
解析
(1)沿斜面向上运动,由牛顿第二定律得mgsinθ+μmgcosθ=ma1
解得:a1=8m/s2
(2)物体沿斜面上滑,
由
得x=9m
(3)物体沿斜面返回下滑时mgsinθ-μmgcosθ=ma2
则a2=4m/s2
(4)物体从A点出发到再次回到A点运动的总时间t.
沿斜面向上运动v0=a1t1
沿斜面向下运动
则t=t1+t2=s≈3.62s
答:(1)物体沿斜面上滑时的加速度大小a1为8m/s2;
(2)物体沿斜面上滑的最大距离x为9m;
(3)物体沿斜面到达最高点后返回下滑时的加速度大小a2为4m/s2;
(4)物体从A点出发到再次回到A点运动的总时间3.62s.
一小球以初速度v0=20m/s,沿光滑且足够长的斜面向上作匀减速运动,加速度a的大小为4m/s2,求小球达最高点前3s内小球的位移______m,小球在这段时间内的初速度为______m/s.
正确答案
18
12
解析
解:小球的逆运动是初速度为零的匀加速直线运动,小球达最高点前3s内,
位移x=at2=
×4×32=18m,
速度v=at=4×3=12m/s;
故答案为:18;12.
如图甲所示,物体原来静止在水平面上,用一水平力F拉物体,在F从0开始逐渐增大的过程中,物体先静止后又做变加速运动,其加速度a随外力F变化的图象如图乙所示.根据图乙中所标出的数据可计算出( )
正确答案
解析
解:AC、物体受重力、地面的支持力、向右的拉力和向左的摩擦力,
根据牛顿第二定律得:F-μmg=ma,解得:a=-μg,
由a与F图线知a-F图象的斜率等于,得到:
=
,得 m=2kg
当F=7N时a=0.5m/s2,代入上式得:0.5=
得μ=0.3,故AC正确.
B、物体与水平面间的滑动摩擦力是 f=μmg=0.3×2×10N=6N,故B正确.
D、由a-F图象可知,拉力在7 N之前加速度都是0,因此可知最大静摩擦力为7 N,故D正确.
故选:ABCD
如图所示,一质量m=0.2kg的小煤块以vo=4m/s的初速度从最左端水平进入轴心距离L=6m的水平传送带,传送带可由一电机驱使而转动.已知小煤块与传送带间的动摩擦因数μ=0.1(取g=10m/s2)( )
正确答案
解析
解:AB、当电机不开启,小煤块在传送带上做匀减速直线运动,加速度为:a=μg=0.1×10m/s2=1m/s2
根据速度位移公式:v02-v2=2aL,解得:v==
=2m/s,运动的时间为:t=
=
=2s.故A正确,B错误.
C、当电机开启,传送带顺时针转动,小煤块在传送带上做匀加速直线运动,当速度达到传送带速度,一起做匀速直线运动,则煤块达到传送带速度所经历的时间为:t==
=1s,此时小煤块的位移为:x1=
=
=4.5m,传送带的位移为:x2=vt=5×1m=5m,则黑色痕迹的长度为:△x=x2-x1=5-4.5m=0.5m.故C正确.
D、当电机开启,煤块一直加速运动时所需时间最短,由v2-v02=2aL知,传送带的速度vm==
=2
m/s,故D正确;
故选:ACD.
冬季有一种雪上“府式冰撬”滑溜运动,运动员从起跑线推着冰撬加速一段相同距离,再跳上冰撬自由滑行,滑行距离最远者获胜,运动过程可简化为如图所示的模型,某一质量m=20kg的冰撬静止在水平雪面上的A处,现质量M=60kg的运动员,用与水平成a=37°角的恒力F=200N斜向下推动冰撬,使其沿AP方向一起做直线运动,当冰撬到达P点时运动员迅速跳上冰撬与冰撬一起运动(运动员跳上冰撬瞬间,运动员和冰撬的速度不变).已知AP距离为S=12m,冰撬与雪面间的动摩擦因数为0.2,不计冰撬长度和空气阻力.
(g取10m/s2,cos37°=0.8)求:
(1)冰撬从A到P的运动时间;
(2)冰撬从p点开始还能滑行的距离.
正确答案
解:(1)冰橇做匀加速直线运动阶段:
Fcosα-μ(mg+Fsinα)=ma1.
代入数据得:.
得:.
(2)加速结束时:.
减速阶段:μ(M+m)g=(M+m)a2
代入数据得,.
根据得,
x==28.8m.
答:(1)冰撬从A到P的运动时间为.
(2)冰撬从p点开始还能滑行的距离为28.8m.
解析
解:(1)冰橇做匀加速直线运动阶段:
Fcosα-μ(mg+Fsinα)=ma1.
代入数据得:.
得:.
(2)加速结束时:.
减速阶段:μ(M+m)g=(M+m)a2
代入数据得,.
根据得,
x==28.8m.
答:(1)冰撬从A到P的运动时间为.
(2)冰撬从p点开始还能滑行的距离为28.8m.
如图所示,小车上有一竖直杆,总质量为M,杆上套有一块质量为m的木块,杆与木块间的动摩擦因数为μ,小车静止时木块可沿杆自由滑下.问:必须对小车施加多大的水平力让车在光滑水平面上运动时,木块才能匀速下滑?
正确答案
解:设小车的加速度为a.
对木块:
竖直方向:受到重力mg和滑动摩擦力f,木块匀速下滑时,则有 f=mg
水平方向:受到杆的弹力N,则有 N=ma,
又f=μN
联立以上三式,得 a=
对整体,根据牛顿第二定律得:
水平方向:F=(M+m)a
解得,
答:小车施加(M+m)g的水平力让车在光滑水平面上运动时,木块才能匀速下滑.
解析
解:设小车的加速度为a.
对木块:
竖直方向:受到重力mg和滑动摩擦力f,木块匀速下滑时,则有 f=mg
水平方向:受到杆的弹力N,则有 N=ma,
又f=μN
联立以上三式,得 a=
对整体,根据牛顿第二定律得:
水平方向:F=(M+m)a
解得,
答:小车施加(M+m)g的水平力让车在光滑水平面上运动时,木块才能匀速下滑.
如图两个弹簧的质量不计,劲度系数分别为k1、k2,它们一端固定在质量为m的物体上,另一端分别固定在Q、P上,当物体平衡时上面的弹簧处于原长,若把固定的物体换为质量为2m的物体(弹簧的长度不变,且弹簧均在弹性限度内),当物体再次平衡时,物体比第一次平衡时的位置下降了x,则x为( )
正确答案
解析
解:当物体的质量为m时,下方弹簧被压缩的长度为:x1=…①
当物体的质量变为2m时,设物体下降的高度为x,则上方弹簧伸长的长度为x,
下方弹簧被压缩的长度为x1+x,两弹簧弹力之和等于2mg由胡克定律和平衡条件得:
k2x+k1(x1+x)=2mg…②
由①②联立解得:x=;
故选:A.
如图所示,电动机带动滚轮做逆时针匀速转动,在滚轮的摩擦力作用下,将一金属板从斜面底端A送往上部,已知斜面光滑且足够长,倾角θ=30°,滚轮与金属板的切点B到斜面底端A的距离为L=6.5m,当金属板的下端运动到切点B处时,立即提起滚轮使它与板脱离接触.已知板之后返回斜面底部与挡板相撞后立即静止,此时放下滚轮再次压紧板,再次将板从最底端送往斜面上部,如此往复.已知板的质量为m=1×103kg,滚轮边缘线速度恒为v=4m/s,滚轮对板的正压力FN=2×104N,滚轮与板间的动摩擦因数为μ=0.35,取g=10m/s2.求:
(1)在滚轮作用下板上升的加速度;
(2)板加速至与滚轮速度相同时前进的距离;
(3)板往复运动的周期.
正确答案
解:(1)对杆进行受力分析
杆受重力G、斜面对杆的弹力F1,滚轮对杆的压力F2和滚轮对杆沿斜面向上的摩擦力f,四个力作用.建立直角坐标系,有:
F合x=f-Gsinθ=ma ①
F合y=F1-F2-mgcosθ=0
∵轮对杆的压力F2=2×104N
∴轮对杆的摩擦力f=μFN=μF2,代入①式得杆产生的加速度:
a==2m/s2
(2)由题意知,杆做初速度为0,加速度a=2m/s2的匀加速运动,末速度与滚轮边缘线速度大小相同即v=4m/s.
根据匀加速直线运动速度位移关系可得:
v2=2ax
即位移:x==
m=4m.
(3)根据题意知,杆在一个同期中的运动分为三个过程:
第一个过程杆向上做匀加速直线运动时间t1=
第二个过程杆向上做匀速直线运动,时间t2=
对金属板匀减速上升和匀加速下落全过程应有:L=-vt3,
代入数据解得:t3=2.6s
板往复运动的周期T=t1+t2+t3=5.225s
答:(1)在滚轮作用下板上升的加速度为2m/s2;
(2)板加速至与滚轮速度相同时前进的距离为4m;
(3)板往复运动的周期为5.225s.
解析
解:(1)对杆进行受力分析
杆受重力G、斜面对杆的弹力F1,滚轮对杆的压力F2和滚轮对杆沿斜面向上的摩擦力f,四个力作用.建立直角坐标系,有:
F合x=f-Gsinθ=ma ①
F合y=F1-F2-mgcosθ=0
∵轮对杆的压力F2=2×104N
∴轮对杆的摩擦力f=μFN=μF2,代入①式得杆产生的加速度:
a==2m/s2
(2)由题意知,杆做初速度为0,加速度a=2m/s2的匀加速运动,末速度与滚轮边缘线速度大小相同即v=4m/s.
根据匀加速直线运动速度位移关系可得:
v2=2ax
即位移:x==
m=4m.
(3)根据题意知,杆在一个同期中的运动分为三个过程:
第一个过程杆向上做匀加速直线运动时间t1=
第二个过程杆向上做匀速直线运动,时间t2=
对金属板匀减速上升和匀加速下落全过程应有:L=-vt3,
代入数据解得:t3=2.6s
板往复运动的周期T=t1+t2+t3=5.225s
答:(1)在滚轮作用下板上升的加速度为2m/s2;
(2)板加速至与滚轮速度相同时前进的距离为4m;
(3)板往复运动的周期为5.225s.
如图,两个质量都为m的小球A和B,用质量不计的弹簧将它们连接起来,然后用一根细线将它们挂在天花板上而静止.在剪断细线后的瞬间,A、B两球的加速度为( )
正确答案
解析
解:B球受到两个力:重力和弹簧拉力,由于这两个力原来平衡,现在剪断绳子后这两个力不变,所以B所受合力还是为零,所以B球的加速度为零.
剪断绳子后A球受到两个力:重力和弹簧弹力,弹簧弹力为mg,所以A的加速度为:
故选:D.
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