- 牛顿第二定律
- 共12933题
在水平面上有一质量为4kg的物体,物体在水平拉力F的作用下由静止开始运动,10s后拉力减为原来的三分之一,该物体的v-t图象如图所示,求:
(1)拉力F的大小;
(2)物体与地面间的动摩擦因数.(g=10m/s2)
正确答案
解:对该物体进行受力分析,物体在水平方向上受拉力和滑动摩擦力,
在0-10s内,物体做匀加速运动,由牛顿第二定律有:F-f=ma1 ①
在10-30s内,物体做匀减速,由牛顿第二定律有:f-F=ma2 ②
由v-t图象可知:在匀加速阶段物体的加速度a1=1m/s2; 在匀减速阶段物体的加速度a2=0.5m/s2
代入已知数据有:
F-f=4×1
f
联立上述各式得:拉力F=9N,滑动摩擦力f=5N;
(2)根据摩擦定律知,物体所受滑动摩擦力f=μFN=μmg
所以物体与地面间的动摩擦因数;
答:(1)拉力F的大小为9N;
(2)物体与地面间的动摩擦因数为0.125.
解析
解:对该物体进行受力分析,物体在水平方向上受拉力和滑动摩擦力,
在0-10s内,物体做匀加速运动,由牛顿第二定律有:F-f=ma1 ①
在10-30s内,物体做匀减速,由牛顿第二定律有:f-F=ma2 ②
由v-t图象可知:在匀加速阶段物体的加速度a1=1m/s2; 在匀减速阶段物体的加速度a2=0.5m/s2
代入已知数据有:
F-f=4×1
f
联立上述各式得:拉力F=9N,滑动摩擦力f=5N;
(2)根据摩擦定律知,物体所受滑动摩擦力f=μFN=μmg
所以物体与地面间的动摩擦因数;
答:(1)拉力F的大小为9N;
(2)物体与地面间的动摩擦因数为0.125.
长L=0.5m、质量可以忽略的杆,一端固定于O点,另一端连有质量m=2Kg的小球,它绕O点做竖直平面内的圆周运动,当通过最高点时,如图所示,求下列情况下小球所受到的力(计算出大小,并说明是拉力还是支持力).
(1)当v=1m/s时,大小为______N,是______力;
(2)当v=4m/s时,大小为______,是______力.
正确答案
16
压
44
拉力
解析
解:对小球受力分析,假设杆子对小球的作用力方向竖直向上大小为F:
根据牛顿第二定律:mg-F=
(1)当v=1m/s时,解得:F=mg-=16N
故杆子对小球的作用力大小为16N,方向向上.
根据牛顿第三定律小球对杆子的作用力为向下的压力,大小为16N.
(2)当v=4m/s时,解得:F=mg-=-44N,负号表示力F的方向与题目假设的方向相反,
故杆子对小球的作用力大小为44N,方向向下.
根据牛顿第三定律小球对杆子的作用力为向上的拉力,大小为44N.
故答案为:16,压;44,拉
质量分别是m1和m2的两个木块用轻弹簧相连,放在水平地面上,如图所示,用细线拴住m1,并用力将它缓慢竖直向上提起,当木块m2刚要离开地面时,细线突然断裂,则此时木块m1的加速度为( )
正确答案
解析
解:据题知,当木块m2刚要离开地面时,弹簧对木块m2的拉力等于其重力,即有 F弹=m2g;
以m1为研究对象,根据牛顿第二定律得 F弹+m1g=m1a
联立解得 a=
故选:C.
如图所示,一质量为50kg的滑块在75N的水平拉力作用下,由静止开始做匀加速度直线运动,若滑块与水平地面间的动摩擦因数为0.1,g取10m/s2.试求:
(1)滑块运动的加速度;
(2)滑块在前4s内发生的位移.
正确答案
解:(1)滑块的加速度a=,
(2)滑块在前4s内的位移x=.
答:(1)滑块运动的加速度为0.5m/s2.(2)滑块在前4s内发生的位移为4m.
解析
解:(1)滑块的加速度a=,
(2)滑块在前4s内的位移x=.
答:(1)滑块运动的加速度为0.5m/s2.(2)滑块在前4s内发生的位移为4m.
一物体以某一初速度由斜面底端A点沿斜面向上滑动,经过时间t,到达c点时速度刚好减为零.又经过时间t,物体沿斜面向下滑回到B点,此时对物体施加一个沿斜面向上的恒定拉力F,使物体再经过2t的时间后刚好停在斜面的底端A点,求:
(1)AB之间的距离与BC之间的距离的比值;
(2)物体在AC段上滑的加速度a1和在BC段下滑的加速度a2的比值;
(3)拉力F与物体所受摩擦力Ff之比.
正确答案
解:(1)从B到A是末速度为零的匀减速直线运动,根据平均速度公式,有:
从C到B是初速度为零的匀加速直线运动,根据平均速度公式,有:
联立解得:
sAB:sBC=2:1
(2)运用逆向思维,对A到C过程根据位移时间关系公式列式,有:
对C到B过程根据位移时间关系公式列式,有:
则:a1:a2=3:1
(3)从A到C过程,根据牛顿第二定律,有:
ma1=mgsinθ+Ff
从C到B过程,根据牛顿第二定律,有:
ma2=mgsinθ-Ff
由B到A段过程,根据牛顿第二定律,有:
ma3=F+Ff-mgsinθ
根据速度时间关系公式,有:
vB=a2t=2a3t
解得:
答:(1)AB之间的距离与BC之间的距离的比值为2:1;
(2)物体在AC段上滑的加速度a1和在BC段下滑的加速度a2的比值为3:1;
(3)拉力F与物体所受摩擦力Ff之比为3:2.
解析
解:(1)从B到A是末速度为零的匀减速直线运动,根据平均速度公式,有:
从C到B是初速度为零的匀加速直线运动,根据平均速度公式,有:
联立解得:
sAB:sBC=2:1
(2)运用逆向思维,对A到C过程根据位移时间关系公式列式,有:
对C到B过程根据位移时间关系公式列式,有:
则:a1:a2=3:1
(3)从A到C过程,根据牛顿第二定律,有:
ma1=mgsinθ+Ff
从C到B过程,根据牛顿第二定律,有:
ma2=mgsinθ-Ff
由B到A段过程,根据牛顿第二定律,有:
ma3=F+Ff-mgsinθ
根据速度时间关系公式,有:
vB=a2t=2a3t
解得:
答:(1)AB之间的距离与BC之间的距离的比值为2:1;
(2)物体在AC段上滑的加速度a1和在BC段下滑的加速度a2的比值为3:1;
(3)拉力F与物体所受摩擦力Ff之比为3:2.
在2008年北京残奥会开幕式上,运动员手拉绳索向上攀登,最终点燃了主火炬.为了探究上升过程中运动员与绳索和吊椅间的作用,可将过程简化为:一根不可伸缩的轻绳跨过轻质的定滑轮,一端挂一吊椅,另一端被坐在吊椅上的运动员拉住,如图所示.设运动员的质量为70kg,吊椅的质量为10kg,不计定滑轮与绳子间的摩擦.(g取10m/s2)
(1)当运动员匀速上升时,求运动员对吊椅的压力;
(2)当运动员与吊椅一起以加速度a=1m/s2加速上升时,求运动员对吊椅的压力.
正确答案
解:(1)设运动员拉力为F,
2F=(M+m)g,解得F==
=400N.
运动员对吊椅的压力:N=Mg-F=300N;
(2)设运动员拉力为F′,压力为FN,
对整体运用牛顿第二定律得,2F′-(M+m)g=(M+m)a,
代入数据解得:F′=440N,
对运动员分析,根据牛顿第二定律得,F′+FN-Mg=Ma,
代入数据解得FN=330N.
则运动员对吊椅的压力为330N.
答:(1)运动员对吊椅的压力为300N.(2)运动员竖直向下拉绳的力为440N,运动员对吊椅的压力为330N.
解析
解:(1)设运动员拉力为F,
2F=(M+m)g,解得F==
=400N.
运动员对吊椅的压力:N=Mg-F=300N;
(2)设运动员拉力为F′,压力为FN,
对整体运用牛顿第二定律得,2F′-(M+m)g=(M+m)a,
代入数据解得:F′=440N,
对运动员分析,根据牛顿第二定律得,F′+FN-Mg=Ma,
代入数据解得FN=330N.
则运动员对吊椅的压力为330N.
答:(1)运动员对吊椅的压力为300N.(2)运动员竖直向下拉绳的力为440N,运动员对吊椅的压力为330N.
某物体A静止于水平地面上,它与地面间的动摩擦因数u=0.2,若给物体A一个水平向右的初速度v0=l0m/s,g=l0m/s2.求:
(1)物体A向右滑行的最大距离:
(2)若物体A右方x0=12m处有一辆汽车B,在物体A获得初速度v0的同时,汽车B从静止开始以a=2m/s2的加速度向右运动,通过计算说明物体A能否撞上汽车B?
正确答案
解:(1)由牛顿第二定律得
μmg=ma0
解得a0=2 m/s2
根据 v2-v02=-2 a0 x
代入数据解得x=25m
(2)假设二者不相撞,设经过时间t二者有共同速度v
则对物体A v=v0-a0t
对汽车B v=at
代入数据解得v=5 m/s
t=2.5 s
该过程中物体A的位移 xA=t=
m=18.75m
该过程中汽车B的位移 xB=t=
m=6.25m
因为 xA>xB+x0
故物体A能击中汽车B
答:(1)物体A向右滑行的最大距离为25m.
(2)物体A能击中汽车B.
解析
解:(1)由牛顿第二定律得
μmg=ma0
解得a0=2 m/s2
根据 v2-v02=-2 a0 x
代入数据解得x=25m
(2)假设二者不相撞,设经过时间t二者有共同速度v
则对物体A v=v0-a0t
对汽车B v=at
代入数据解得v=5 m/s
t=2.5 s
该过程中物体A的位移 xA=t=
m=18.75m
该过程中汽车B的位移 xB=t=
m=6.25m
因为 xA>xB+x0
故物体A能击中汽车B
答:(1)物体A向右滑行的最大距离为25m.
(2)物体A能击中汽车B.
某一空间飞行器从地面起飞时,发动机提供的动力方向与水平方向夹角α=60°,使飞行器恰好沿与水平方向成θ=30°角的直线斜向右上方匀加速飞行,经时间t后,将动力的方向沿逆时针旋转60°同时适当调节其大小,使飞行器依然可以沿原方向匀减速飞行,飞行器所受空气阻力不计,求:
(1)t时刻飞行器的速率;
(2)整个过程中飞行器离地的最大高度.
正确答案
解:(1)起飞时,飞行器受推力和重力,两力的合力与水平方向成30°角斜向上,设动力为F,合力为Fb,如图所示.
在△OFFb中,由几何关系得Fb=mg
由牛顿第二定律得飞行器的加速度为a1=g
则t时刻的速率:v=a1t=gt
(2)推力方向逆时针旋转60°,合力的方向与水平方向成30°斜向下,推力F‘跟合力F'h垂直,如图所示,
此时合力大小为:F'h=mgsin30°
飞行器的加速度大小为:a2==
到最高点的时间为:t′=
飞行的总位移为:s=a1t2+
a2t′2=
飞行器上升的最大高度为:hm=s•sin30°=
答:(1)t时刻飞行器的速率为gt;
(2)整个过程中飞行器离地的最大高度为.
解析
解:(1)起飞时,飞行器受推力和重力,两力的合力与水平方向成30°角斜向上,设动力为F,合力为Fb,如图所示.
在△OFFb中,由几何关系得Fb=mg
由牛顿第二定律得飞行器的加速度为a1=g
则t时刻的速率:v=a1t=gt
(2)推力方向逆时针旋转60°,合力的方向与水平方向成30°斜向下,推力F‘跟合力F'h垂直,如图所示,
此时合力大小为:F'h=mgsin30°
飞行器的加速度大小为:a2==
到最高点的时间为:t′=
飞行的总位移为:s=a1t2+
a2t′2=
飞行器上升的最大高度为:hm=s•sin30°=
答:(1)t时刻飞行器的速率为gt;
(2)整个过程中飞行器离地的最大高度为.
如图所示,A物块质量为2m,B物抉质量为m,用一轻弹簧相连,将A用长度适当的轻绳悬挂于天花板上,系统处于静止状态,B物块恰好与水平桌面接触(压力为O),此时轻弹簧的伸长量为x,现将悬绳剪断,下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、剪断悬绳前,对B受力分析,B受到重力和弹簧的弹力,知弹力F=mg.剪断瞬间,对A分析,A的合力为F合=2mg+F=3mg,根据牛顿第二定律,F合=2ma,得a=g.故A错误,B正确.
C、D、弹簧开始处于伸长状态,弹力F=mg=kx.当向下压缩至弹簧的弹力与A的重力相等时,即2mg=F′=kx′时,A的加速度是0,速度最大,x′=2x,所以A下降的距离为3x.故C错误,D错误.
故选:B
如图所示,在倾角为30°的斜面上,一辆动力小车沿斜面下滑,在小车下滑的过程中,小车支架上连接着小球的轻绳恰好水平,已知小球的质量为m,则小车运动的加速度大小为______,绳对小球的拉力大小为______.
正确答案
2g
mg
解析
解:以小球为研究对象,分析受力情况可知:重力mg、绳的拉力T,小球的加速度方向沿斜面向下,则mg和T的合力定沿斜面向下.如图,由牛顿第二定律得:
=ma,T=mgcot30°
解得:a=2g,T=mg
故答案为:2g,mg
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