- 牛顿第二定律
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一辆运货的汽车总质量为3.0×103Kg,这辆汽车以10m/s的速率通过凸圆弧形桥,桥的圆弧半径为50m,则汽车通过桥顶部时,桥面受到汽车的压力大小为______N,如果这辆汽车通过凸形桥顶部时速度达到______m/s,汽车就对桥面无压力(g=10m/s2).
正确答案
2.4×104
10
解析
解:汽车通过凸圆弧形桥顶部时,由汽车的重力和桥面的支持力提供汽车的向心力,根据牛顿第二定律得
mg-FN=m 得FN=mg-m
=2.4×104N
又由牛顿第三定律得,桥面受到汽车的压力大小FN′=FN=2.4×104N.
当FN=0时,mg=m 得到v0=
=10
故答案为:2.4×104,10
图甲所示为机场使用的水平传送带的模型,它的水平传送带的长度L=8m,传送带的上部距地面的高度h=0.45m.现有一个旅行包(视为质点)以v0=10m/s的初速度水平地滑上水平传送带的左端,已知旅行包与传送带之间的动摩擦因素μ1=0.6,求:(取g=10m/s2)
(1)若传送带静止,旅行包滑到B端时,人若没有及时取下,旅行包从B端滑落,则包的落点距B端的水平距离为多少?
(2)设传送带顺时针匀速转动,且水平传送带的长度仍为8m,旅行包滑上传送带的初速度恒为10m/s,当传送带的速度值在什么范围内,旅行包落地点距B端水平距离始终为(1)中所求的水平距离.若传送带的速度为8m/s,旅行包落地点距B端的水平距离又是多少?
(3)设传送带以不同的速度顺时针匀速转动,在图乙中画出旅行包落地点距B端的水平距离s随传送带速度的变化规律的图象.
正确答案
解:(1)旅行包做匀减速直线运动,有:a=μg=6m/s2.
旅行包到达B端的速度为v=;
旅行包离开B点做平抛运动,落地点的距离为:x=
(2)使旅行包离开B点的落地端到B点的水平距离保持0.6m不变,则旅行包在B点的速度为2m/s,即旅行包在传送带上整个过程中都处于匀减速运动状态,又因为旅行包的速度和传送带速度相同时不受摩擦力作用,故可知,使旅行包能匀减速到B端,则传送带的速度必须小于等于旅行包的最终速度2m/s,故可知传送带的速度范围为:
0≤v传≤2m/s
当传送带的速度为8m/s时,可知,旅行包匀减速到8m/s后将与传送带一起匀速运动至B端,故从B端平抛的初速度v′=8m/s,所以此时旅行包落地点与B点间的距离为:
(3)由题意知:
当v>10m/s时,包在皮带上加速,加速度仍为:a=μg=6m/s2,
旅行包到达B端的最大速度为:v=
包的落地点距B端的最大水平距离为:
当皮带速度v<2m/s时,V抛=2m/s,s=0.6m;
当皮带速度14m/s>v>2m/s时,V抛=V,s与V成正比;
当皮带速度v>14m/s时,V抛=14m/s,S=4.2m.
如图所示.
答:(1)若传送带静止,旅行包滑到B端时,人若没有及时取下,旅行包从B端滑落,则包的落点距B端的水平距离为0.6m;
(2)设传送带顺时针匀速转动,且水平传送带的长度仍为8m,旅行包滑上传送带的初速度恒为10m/s,当传送带的速度值在0≤v传≤2m/s范围内,旅行包落地点距B端水平距离始终为(1)中所求的水平距离.若传送带的速度为8m/s,旅行包落地点距B端的水平距离又是2.4m;
(3)设传送带以不同的速度顺时针匀速转动,图象如上图所示.
解析
解:(1)旅行包做匀减速直线运动,有:a=μg=6m/s2.
旅行包到达B端的速度为v=;
旅行包离开B点做平抛运动,落地点的距离为:x=
(2)使旅行包离开B点的落地端到B点的水平距离保持0.6m不变,则旅行包在B点的速度为2m/s,即旅行包在传送带上整个过程中都处于匀减速运动状态,又因为旅行包的速度和传送带速度相同时不受摩擦力作用,故可知,使旅行包能匀减速到B端,则传送带的速度必须小于等于旅行包的最终速度2m/s,故可知传送带的速度范围为:
0≤v传≤2m/s
当传送带的速度为8m/s时,可知,旅行包匀减速到8m/s后将与传送带一起匀速运动至B端,故从B端平抛的初速度v′=8m/s,所以此时旅行包落地点与B点间的距离为:
(3)由题意知:
当v>10m/s时,包在皮带上加速,加速度仍为:a=μg=6m/s2,
旅行包到达B端的最大速度为:v=
包的落地点距B端的最大水平距离为:
当皮带速度v<2m/s时,V抛=2m/s,s=0.6m;
当皮带速度14m/s>v>2m/s时,V抛=V,s与V成正比;
当皮带速度v>14m/s时,V抛=14m/s,S=4.2m.
如图所示.
答:(1)若传送带静止,旅行包滑到B端时,人若没有及时取下,旅行包从B端滑落,则包的落点距B端的水平距离为0.6m;
(2)设传送带顺时针匀速转动,且水平传送带的长度仍为8m,旅行包滑上传送带的初速度恒为10m/s,当传送带的速度值在0≤v传≤2m/s范围内,旅行包落地点距B端水平距离始终为(1)中所求的水平距离.若传送带的速度为8m/s,旅行包落地点距B端的水平距离又是2.4m;
(3)设传送带以不同的速度顺时针匀速转动,图象如上图所示.
如图所示,电动机的工作使一条长度L=10m的水平传送带匀速运动,速度大小v=2m/s.现将一只铁盒轻轻的放在传送带的左端,它将被传送带运送到右端.已知铁盒与传送带之间的动摩擦因数μ=0.1,g取 10m/s2,试求:
(1)铁盒刚放上时的加速度;
(2)铁盒从传送带的左端到达右端的时间.
正确答案
解:(1)铁盒刚放上时,因相对传送带间向左滑,受到向右的摩擦力而产生加速度.有:
f=μN=μmg=ma
得:a=μg=0.1×10=1.0m/s2,方向向右.
答:铁盒刚放上时的加速度为a=1.0m/s2,方向向右.
(2)铁盒刚放上时向右做匀加速运动,当速度达到传送带的速度后做匀速运动.
匀加速运动通过的距离:
匀加速运动阶段的时间:
匀速运动通过的距离:
s2=L-s1=10-2=8m
匀速运动阶段的时间:
铁盒从传送带的左端到达右端的时间:
t=t1+t2=2.0+4.0=6.0s.
答:铁盒从传送带的左端到达右端的时间为6.0s.
解析
解:(1)铁盒刚放上时,因相对传送带间向左滑,受到向右的摩擦力而产生加速度.有:
f=μN=μmg=ma
得:a=μg=0.1×10=1.0m/s2,方向向右.
答:铁盒刚放上时的加速度为a=1.0m/s2,方向向右.
(2)铁盒刚放上时向右做匀加速运动,当速度达到传送带的速度后做匀速运动.
匀加速运动通过的距离:
匀加速运动阶段的时间:
匀速运动通过的距离:
s2=L-s1=10-2=8m
匀速运动阶段的时间:
铁盒从传送带的左端到达右端的时间:
t=t1+t2=2.0+4.0=6.0s.
答:铁盒从传送带的左端到达右端的时间为6.0s.
如图所示一根劲度系数k=200N/m的轻质弹簧拉着质量为m=0.2kg的物体从静止开始沿倾角为θ=37°的斜面匀加速上升,此时弹簧伸长量x=0.9cm,在t=1.0s内物体前进了s=0.5m.求:
(1)物体加速度的大小;
(2)物体和斜面间动摩擦因数.(取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
正确答案
解:(1)物体沿斜面做初速度为0的匀加速运动,根据运动学公式:
…①
得…②
(2)物体运动过程中受力情况如图所示,根据牛顿第二定律:
F-Ff-mgsin37°=ma …③
又根据胡克定律:F=kx…④
F=200×0.9×10-2 N=1.8N…⑤
代入解得:
Ff=F-mgsin37°-ma=(1.8-0.2×10×0.6-0.2×1.0)N=0.4N …⑥
FN=mgcos37°=0.2×10×0.8 N=1.6N
根据滑动摩擦力公式Ff=μFN得:
答:
(1)物体加速度的大小为1m/s2;
(2)物体和斜面间动摩擦因数为0.25.
解析
解:(1)物体沿斜面做初速度为0的匀加速运动,根据运动学公式:
…①
得…②
(2)物体运动过程中受力情况如图所示,根据牛顿第二定律:
F-Ff-mgsin37°=ma …③
又根据胡克定律:F=kx…④
F=200×0.9×10-2 N=1.8N…⑤
代入解得:
Ff=F-mgsin37°-ma=(1.8-0.2×10×0.6-0.2×1.0)N=0.4N …⑥
FN=mgcos37°=0.2×10×0.8 N=1.6N
根据滑动摩擦力公式Ff=μFN得:
答:
(1)物体加速度的大小为1m/s2;
(2)物体和斜面间动摩擦因数为0.25.
如图1质量为m的物体置于水平地面上,受到沿水平方向的拉力F作用,在3s内拉力F的变化及其运动的速度图象如图2、3所示.求:
(1)该物体与地面之间的动摩擦因数µ多大?
(2)该物体的质量m多大?
正确答案
解:(1)由题意由图象知,撤去力F后物体在摩擦力作用下做匀减速运动,根据速度时间关系图象可知
物体减速运动的加速度a=
负号表示加速度的方向与速度方向相反,物体加速度的大小为5m/s2
又撤去外力后,物体在摩擦力作用下产生加速度,故有:
f=μmg=ma
可得动摩擦因数
(2)力F作用时,物体在力F和摩擦力作用下做加速运动,由图你知,加速运动时的加速度
=10m/s2
根据牛顿第二定律有:
F-f=ma′
又f=μmg
所以物体的质量m=
答:(1)该物体与地面之间的动摩擦因数µ为;
(2)该物体的质量m为2kg.
解析
解:(1)由题意由图象知,撤去力F后物体在摩擦力作用下做匀减速运动,根据速度时间关系图象可知
物体减速运动的加速度a=
负号表示加速度的方向与速度方向相反,物体加速度的大小为5m/s2
又撤去外力后,物体在摩擦力作用下产生加速度,故有:
f=μmg=ma
可得动摩擦因数
(2)力F作用时,物体在力F和摩擦力作用下做加速运动,由图你知,加速运动时的加速度
=10m/s2
根据牛顿第二定律有:
F-f=ma′
又f=μmg
所以物体的质量m=
答:(1)该物体与地面之间的动摩擦因数µ为;
(2)该物体的质量m为2kg.
汽车以额定功率在水平桌面上行驶,空载时的最大速度为v1,装满货物后的最大速度是v2.已知汽车空车的质量是m0,汽车所受的阻力与车重成正比,则汽车后来所装货物的质量是( )
正确答案
解析
解:当汽车空载时,有:P=f1v1=km0gv1.
当汽车装满货物后,有:P=f2v2=k(m0+m)gv2
联立两式解得:m=.故A正确,B、C、D错误.
故选A.
如图所示,放在固定斜面上的物块以加速度a沿斜面匀减速下滑.若在物块上再施加一个竖直向下的恒力F,则物块( )
正确答案
解析
解:当没施加力F时,物体受力分析如图所示,应有:FN=mgcosθ
mgsinθ-μFN=ma
解得:
施加力F后,应有:FN′=(mg+F)cosθ
(mg+F)sinθ-μFN′=ma′
解得:
故物块将以大于a的加速度匀减速下滑,故ABD错误,C正确;
故选:C.
如图所示,细线的一端固定于倾角为45°的光滑楔形滑块A的顶端P处,细线的另一端拴一质量为m的小球,当滑块至少以加速度a=______向左运动时,小球对滑块的压力等于零,当滑块以a=2g的加速度向左运动时,线中拉力T=______.
正确答案
g
解析
解:(1)对物体进行受力分析,如图所示:
由图知,F合=mg
故a=g
(2)由上图得,当a=2g时,
F合=ma=2mg
由勾股定理得:
F==
mg
答案为:g、mg
如图所示,光滑水平桌面上的木块,通过轻绳跨过轻质定滑轮与沙桶相连.木块在拉力的作用下滑动,不计滑轮摩擦.滑动的木块( )
正确答案
解析
解:A、木块与沙捅组成的系统的机械能是守恒的,在运动的过程中沙捅的重力势能转化为系统的动能,所以系统的速度增大.故A错误;
B、D、以整体为研究对象,木块与沙捅的系统的加速度a=,以木块为研究对象:T=Ma=
<mg,所以B正确,D错误;
C、系统的速度变大增大,所以系统受到的合外力一定不为0.故C错误.
故选:B
如图,在光滑水平面上,放着两块长度相同,质量分别为M1和M2的木板,在两木板的左端各放一个大小、形状、质量完全相同的物块.开始时,各物均静止,今在两物体上各作用一水平恒力F1、F2,当物块和木板分离时,两木板的速度分别为v1和v2,物体和木板间的动摩擦因数相同,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B:首先看F1=F2 时情况:
由题很容易得到两物块所受的摩擦力大小是相等的,因此两物块的加速度相同,我们设两物块的加速度大小为a,
对于M1、M2,滑动摩擦力即为它们的合力,设M1的加速度大小为a1,M2的加速度大小为a2,
根据牛顿第二定律得:
因为a1=,a2=
,其中m为物块的质量.
设板的长度为L,它们向右都做匀加速直线运动,当物块与木板分离时:
物块与M1的相对位移L=at12-
a1t12
物块与M2的相对位移L=at22-
a2t22
若M1>M2,a1<a2
所以得:t1<t2
M1的速度为v1=a1t1,M2的速度为v2=a2t2
则v1<v2,故A错误.
若M1<M2,a1>a2
所以得:t1>t2
M1的速度为v1=a1t1,M2的速度为v2=a2t2
则v1>v2,故B正确.
C、D:若F1>F2、M1=M2,根据受力分析和牛顿第二定律的:
则M1上的物块的加速度大于M2上的物块的加速度,即aa>ab
由于M1=M2,所以M1、M2加速度相同,设M1、M2加速度为a.
它们向右都做匀加速直线运动,当物块与木板分离时:
物块与M1的相对位移L=aat12-
at12
物块与M2的相对位移L=abt22-
at22
由于aa>ab
所以得:t1<t2
则v1<v2,故C错误.
若F1<F2、M1=M2,aa<ab
则v1>v2,故D正确.
故选BD.
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