- 牛顿第二定律
- 共12933题
如图所示,在一个倾斜的长冰道上方,一群孩子排成队,每隔1s有一个小孩往下滑,一游客对着冰道的孩子拍下一张照片,照片上有甲、乙、丙、丁四个孩子,他根据照片与实物的比例推算出乙与甲和丙孩子间的距离为12.5m和17.5m.请你据此求解下列问题:(g取10m/s2)
(1)若不考虑一切阻力,冰道的倾角是多少?
(2)拍照时,最下面的小孩丁的速度是多少?
(3)拍照时,在小孩甲上面的冰道上下滑的小孩不会超过几个?
正确答案
解:(1)甲、乙之距s1=12.5 m,乙、丙之距s2=17.5 m,
由s2-s1=aT2得,加速度:a=m/s2=5m/s2.
由牛顿第二定律得:mgsinθ=ma,所以:sinθ==
,θ=30°.
(2)乙的速度:v乙==
m/s=15m/s,
丁的速度:v丁=v乙+a×2T=(15+5×2×1)m/s=25m/s.
(3)从开始至摄像时乙滑动的时间:t乙==3s,
则甲滑动的时间为2s,所以甲上面有两个小孩.
答:(1)若不考虑一切阻力,冰道的倾角是30°.
(2)拍照时,最下面的小孩丁的速度是25m/s.
(3)拍照时,在小孩甲上面的冰道上下滑的小孩不会超过2个.
解析
解:(1)甲、乙之距s1=12.5 m,乙、丙之距s2=17.5 m,
由s2-s1=aT2得,加速度:a=m/s2=5m/s2.
由牛顿第二定律得:mgsinθ=ma,所以:sinθ==
,θ=30°.
(2)乙的速度:v乙==
m/s=15m/s,
丁的速度:v丁=v乙+a×2T=(15+5×2×1)m/s=25m/s.
(3)从开始至摄像时乙滑动的时间:t乙==3s,
则甲滑动的时间为2s,所以甲上面有两个小孩.
答:(1)若不考虑一切阻力,冰道的倾角是30°.
(2)拍照时,最下面的小孩丁的速度是25m/s.
(3)拍照时,在小孩甲上面的冰道上下滑的小孩不会超过2个.
如图所示,m1从光滑的斜面上的A点由静止开始运动,与此同时小球m2在C点的正上方4.5L处自由落下,m1以不变的速率途经斜面底端B点后继续在光滑的水平面上运动,在C点恰好与自由下落的小球m2相遇,已知 AB=BC=L,m1沿光滑斜面运动的加速度为a=gsinθ,不计空气阻力,试求:
(1)两球经多长时间相遇?(2)斜面的倾角等于多大?
正确答案
解析
解:(1)根据自由落体运动的位移时间关系公式,有:
h=gt2=4.5L;
解得:
t=3;
(2)物块在斜面上的加速度为a等于gsinθ;
设物块运动到B点的速度为v,则物块在斜面上的运动时间:
t1==
物块在水平面上的运动时间:
t2==
又因为t1+t2=t
V=at
故:
a=g
得θ=30°
答:(1)两物体经3时间相遇;
(2)斜面的倾角θ等于30°.
如图所示,带斜面的小车在水平地面上,斜面倾角为θ,仅靠斜面有一质量为m的光滑球,试求在下列状态下斜面对小球的弹力大小:
(1)小车向右匀速运动;
(2)小车向右以加速度a(a<gtanθ)做匀加速直线运动;
(3)小车向右以加速度a=gtanθ做匀加速直线运动.
正确答案
解:(1)小车匀速运动时,小球随之一起匀速运动,合力为零,斜面对小球的弹力大小为0,否则小球的合力不为零,不能做匀速运动.
(2)小车向右以加速度a(a<gtanθ)做匀加速直线运动时,以小球为研究对象,分析受力如图1所示.
根据牛顿第二定律得:N1sinθ=ma
斜面对小球的弹力大小 N1=
(3)小车向右以加速度a=gtanθ做匀加速直线运动,小球只受重力和斜面的弹力,受力如图2所示.
则N2sinθ=ma
斜面对小球的弹力大小 N2=
答:
(1)小车向右匀速运动时,斜面对小球的弹力大小为0;
(2)小车向右以加速度a(a<gtanθ)做匀加速直线运动时,斜面对小球的弹力大小为;
(3)小车向右以加速度a=gtanθ做匀加速直线运动时,斜面对小球的弹力大小为.
解析
解:(1)小车匀速运动时,小球随之一起匀速运动,合力为零,斜面对小球的弹力大小为0,否则小球的合力不为零,不能做匀速运动.
(2)小车向右以加速度a(a<gtanθ)做匀加速直线运动时,以小球为研究对象,分析受力如图1所示.
根据牛顿第二定律得:N1sinθ=ma
斜面对小球的弹力大小 N1=
(3)小车向右以加速度a=gtanθ做匀加速直线运动,小球只受重力和斜面的弹力,受力如图2所示.
则N2sinθ=ma
斜面对小球的弹力大小 N2=
答:
(1)小车向右匀速运动时,斜面对小球的弹力大小为0;
(2)小车向右以加速度a(a<gtanθ)做匀加速直线运动时,斜面对小球的弹力大小为;
(3)小车向右以加速度a=gtanθ做匀加速直线运动时,斜面对小球的弹力大小为.
一木箱静止在光滑水平地面上,装货物后木箱和货物的总质量为50kg,现以200N的水平推力推木箱,求:
(1)该木箱的加速度;
(2)第2s末木箱的速度.
正确答案
解:(1)物体受重力、支持力和推力,合力等于推力,根据牛顿第二定律,有:
a=
(2)物体做匀加速直线运动,2s末的速度为:
v=v0+at=0+4×2=8m/s
答:(1)该木箱的加速度为4m/s2;
(2)第2s末木箱的速度为8m/s.
解析
解:(1)物体受重力、支持力和推力,合力等于推力,根据牛顿第二定律,有:
a=
(2)物体做匀加速直线运动,2s末的速度为:
v=v0+at=0+4×2=8m/s
答:(1)该木箱的加速度为4m/s2;
(2)第2s末木箱的速度为8m/s.
如图所示,皮带传动装置与水平面夹角为30°,两轮轴心相距L=3.8m,A、B分别使传送带与两轮的切点,轮缘与传送带之间不打滑,质量为0.1kg的小物块与传送带间的动摩擦因数为μ=
.当传送带沿逆时针方向以v1=3m/s的速度匀速运动时,将小物块无初速地放在A点后,它会运动至B点.(g取10m/s2))
(1)求物体刚放在A点的加速度?
(2)物体从A到B约需多长时间?
(3)整个过程中摩擦产生的热量?
(4)小物块相对于传送带运动时,会在传送带上留下痕迹.求小物块在传送带上留下的痕迹长度?(不要过程,只说结果)
正确答案
解:(1)当小物块速度小于3m/s时,小物块受到竖直向下的重力、垂直传送带向上的支持力和沿传送带斜向下的摩擦力作用,做匀加速直线运动,设加速度为a1,根据牛顿第二定律
mgsin30°+μmgcos30°=ma1 ①
解得 a1==7.5m/s2
(2)当小物块速度v1=3m/s时,设小物块对地位移为L1,用时为t1,根据匀加速直线运动规律
②
L1= ③
由于L1<L 且μ=<tan30°,当小物块速度大于3m/s时,小物块将继续做匀加速直线运动至B点,设加速度为a2,用时为t2,根据牛顿第二定律和匀加速直线运动规律有:
mgsin30°-μmgcos30°=ma2 ④
解得 a2==2.5m/s2
物体到达底端时,满足:
L-L1=v1t2+a2t22 ⑤
代入数据可得:
3.8-0.6=3
可解得 t2=0.8s
故小物块由静止出发从A到B所用时间为 t=t1+t2=1.2s
(3)由(2)可知,物体分二段运动:
第一段物体加速时间t1=0.4s L1=0.6m
传送带S1=v1 t1=1.2m
S相1=0.6m
当物体与传送带速度相等后,物体运动时间t2=0.8s; L2=L-L1=3.2m
传送带S2=v1t2=2.4m
S相2=0.8m
所以Q=f(S相1+S相2)=0.35J
(4)小物体在传送带上留下痕迹的长度即为小物体相对于传送带的位移,即△x=0.8m.
答:(1)物体刚放在A点的加速度为7.5m/s2;
(2)物体从A到B约需1.2s;
(3)整个过程中摩擦产生的热量为0.35J;
(4)小物块相对于传送带运动时,会在传送带上留下痕迹.小物块在传送带上留下的痕迹长度为0.8m.
解析
解:(1)当小物块速度小于3m/s时,小物块受到竖直向下的重力、垂直传送带向上的支持力和沿传送带斜向下的摩擦力作用,做匀加速直线运动,设加速度为a1,根据牛顿第二定律
mgsin30°+μmgcos30°=ma1 ①
解得 a1==7.5m/s2
(2)当小物块速度v1=3m/s时,设小物块对地位移为L1,用时为t1,根据匀加速直线运动规律
②
L1= ③
由于L1<L 且μ=<tan30°,当小物块速度大于3m/s时,小物块将继续做匀加速直线运动至B点,设加速度为a2,用时为t2,根据牛顿第二定律和匀加速直线运动规律有:
mgsin30°-μmgcos30°=ma2 ④
解得 a2==2.5m/s2
物体到达底端时,满足:
L-L1=v1t2+a2t22 ⑤
代入数据可得:
3.8-0.6=3
可解得 t2=0.8s
故小物块由静止出发从A到B所用时间为 t=t1+t2=1.2s
(3)由(2)可知,物体分二段运动:
第一段物体加速时间t1=0.4s L1=0.6m
传送带S1=v1 t1=1.2m
S相1=0.6m
当物体与传送带速度相等后,物体运动时间t2=0.8s; L2=L-L1=3.2m
传送带S2=v1t2=2.4m
S相2=0.8m
所以Q=f(S相1+S相2)=0.35J
(4)小物体在传送带上留下痕迹的长度即为小物体相对于传送带的位移,即△x=0.8m.
答:(1)物体刚放在A点的加速度为7.5m/s2;
(2)物体从A到B约需1.2s;
(3)整个过程中摩擦产生的热量为0.35J;
(4)小物块相对于传送带运动时,会在传送带上留下痕迹.小物块在传送带上留下的痕迹长度为0.8m.
一辆汽车关闭油门后,沿一斜坡由顶端以大小3m/s的初速度下滑,滑至底端速度恰好变为零,如果汽车关闭油门后由顶端以大小5m/s的初速度下滑,滑至底端速度大小将为( )
正确答案
解析
解:根据匀变速直线运动的速度位移公式v2-v02=2ax列出等式,即为:
两式联立可得:
代入数据得:v2=4m/s
故选:D
如图所示,在竖直平面内有一个半径为R的圆弧轨道.半径OA水平、OB竖直,一个质量为m的小球自A正上方P点由静止开始自由下落,小球沿轨道到达最高点B时恰好对轨道没有压力,已知AP=2R,重力加速度为g,则小球从P到B的运动过程中( )
正确答案
解析
解:A、重力做功与路径无关,只与初末位置有关,故P到B过程,重力做功为WG=mgR,故A错误;
B、小球沿轨道到达最高点B时恰好对轨道没有压力,根据牛顿第二定律,有mg=m,解得
;
从P到B过程,重力势能减小量为mgR,动能增加量为=
,故机械能减小量为:mgR-
,故B错误;
C、从P到B过程,合外力做功等于动能增加量,故为=
,故C错误;
D、从P到B过程,克服摩擦力做功等于机械能减小量,故为mgR-,故D正确;
故选D.
(2015秋•盐城期中)如图所示,两根相同的轻质弹簧,中间与质量为m的圆环相连于O位置,另一端各自固定在同一水平线上的P、Q两点,弹簧恰好处于原长L,圆环套在粗糙的竖直细杆上,细杆上的A、B两点关于O点对称,OA=H.现将圆环沿杆拉至A位置由静止释放,当下滑到速度最大时,弹簧与细杆间的夹角为θ,整个过程中,弹簧处于弹性限度范围内.重力加速度为g.求:
(1)圆环过O点时的加速度;
(2)圆环过B点的瞬时速度;
(3)每根轻质弹簧的劲度系数.
正确答案
解:(1)物体下落到O点时只受重力作用,由牛顿第二定律得:
mg=ma,
解得:a=g;
(2)圆环从A到B过程中,弹簧弹力做功为零,圆环不受摩擦力作用,只有重力做功,由动能定理得:
mg•2H=mv2-0,
解得:v=2;
(3)下落过程中,当环所受合力为零时速度最大,此时有:
2F弹cosθ=mg,F弹=,
弹簧的伸长量为:△x=-L,
由胡克定律得:F弹=k△x,
解得:k=;
答:(1)圆环过O点时的加速度为g;
(2)圆环过B点的瞬时速度为2;
(3)每根轻质弹簧的劲度系数为.
解析
解:(1)物体下落到O点时只受重力作用,由牛顿第二定律得:
mg=ma,
解得:a=g;
(2)圆环从A到B过程中,弹簧弹力做功为零,圆环不受摩擦力作用,只有重力做功,由动能定理得:
mg•2H=mv2-0,
解得:v=2;
(3)下落过程中,当环所受合力为零时速度最大,此时有:
2F弹cosθ=mg,F弹=,
弹簧的伸长量为:△x=-L,
由胡克定律得:F弹=k△x,
解得:k=;
答:(1)圆环过O点时的加速度为g;
(2)圆环过B点的瞬时速度为2;
(3)每根轻质弹簧的劲度系数为.
如图所示,在光滑水平面上有A、B两个物体,B在前,A在后,A正以6m/s的速度向右运动,B静止;当A、B之间距离为18m时,在A、B之间建立相互作用,其作用力为恒力,此后B物体加速,经过4s,物体B的速度达到3m/s,此时撤去A、B之间的相互作用,A、B继续运动又经4s,A恰好追上B,在这一过程中.求:
(1)在A物体追上B物体前,B运动的位移大小;
(2)在两物体间有相互作用时,物体A和B的加速度aA和aB的大小.
正确答案
解:(1)物体B先加速运动后匀速运动,故位移:
xB=+vBt2=
+3×4=18m
(2)aB==0.75m/s2
A物体先减速运动再匀速运动;
A减速运动的位移:
x1=v0t1-aAt2=6×4-
aA×42=24-8aA
A匀速运动的位移:
x2=(v0-aAt1)×t2=24-16aA
由题知xA=x1+x2=xB+18,即48-24aA=18+18
解得aA=0.5m/s2.
答:(1)在A物体追上B物体前,B运动的位移大小为18m;
(2)在两物体间有相互作用时,物体A的加速度的大小为0.5m/s2,物体B的加速度的大小为0.75m/s2.
解析
解:(1)物体B先加速运动后匀速运动,故位移:
xB=+vBt2=
+3×4=18m
(2)aB==0.75m/s2
A物体先减速运动再匀速运动;
A减速运动的位移:
x1=v0t1-aAt2=6×4-
aA×42=24-8aA
A匀速运动的位移:
x2=(v0-aAt1)×t2=24-16aA
由题知xA=x1+x2=xB+18,即48-24aA=18+18
解得aA=0.5m/s2.
答:(1)在A物体追上B物体前,B运动的位移大小为18m;
(2)在两物体间有相互作用时,物体A的加速度的大小为0.5m/s2,物体B的加速度的大小为0.75m/s2.
某电视台的娱乐节目中,有一个拉板块的双人游戏,考验两人的默契度.如图所示,一长L=0.60m、质量M=0.40kg的木板靠在光滑竖直墙面上,木板右下方有一质量m=0.80kg的小滑块(可视为质点),滑块与木板间的动摩擦因数为μ=0.20,滑块与木板间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取g=10m/s2.一人用水平恒力F1向左作用在滑块上,另一人用竖直恒力F2向上拉动滑块,使滑块从地面由静止开始向上运动.
(1)为使木板能向上运动,求F1必须满足什么条件?
(2)若F1=22N,为使滑块与木板能发生相对滑动,求F2必须满足什么条件?
(3)游戏中,如果滑块上移h=1.5m时,滑块与木板没有分离,才算两人配合默契,游戏成功.现F1=24N,F2=16N,请通过计算判断游戏能否成功?
正确答案
解:(1)滑块与木板间的滑动摩擦力:f=μF1
对木板应有:f>Mg
代入数据得:F1>20N
(2)对木板由牛顿第二定律有:μF1-Mg=Ma1
对滑块由牛顿第二定律有:F2-μF1-mg=ma2
要能发生相对滑动应有:a2>a1
代入数据可得:F2>13.2N
(3)对滑块由牛顿第二定律有:F2-μF1-mg=ma3
设滑块上升h的时间为t,则:
对木板由牛顿第二定律有:μF1-Mg=Ma4
设木板在t时间上升的高度为H,则:
代入数据可得:H=0.75m
由于H+L<h,滑块在上升到1.5m之前已经脱离了木板,游戏不能成功.
答:(1)为使木板能向上运动,求F1必须满足F1>20N
(2)若F1=22N,为使滑块与木板能发生相对滑动,求F2必须满足F2>13.2N
(3)游戏不能成功.
解析
解:(1)滑块与木板间的滑动摩擦力:f=μF1
对木板应有:f>Mg
代入数据得:F1>20N
(2)对木板由牛顿第二定律有:μF1-Mg=Ma1
对滑块由牛顿第二定律有:F2-μF1-mg=ma2
要能发生相对滑动应有:a2>a1
代入数据可得:F2>13.2N
(3)对滑块由牛顿第二定律有:F2-μF1-mg=ma3
设滑块上升h的时间为t,则:
对木板由牛顿第二定律有:μF1-Mg=Ma4
设木板在t时间上升的高度为H,则:
代入数据可得:H=0.75m
由于H+L<h,滑块在上升到1.5m之前已经脱离了木板,游戏不能成功.
答:(1)为使木板能向上运动,求F1必须满足F1>20N
(2)若F1=22N,为使滑块与木板能发生相对滑动,求F2必须满足F2>13.2N
(3)游戏不能成功.
扫码查看完整答案与解析