- 牛顿第二定律
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图示为竖直面内的光滑半圆弧轨道,O为圆心,A、B是位于同一水平线的圆弧上的两点,C为圆弧最低点,AC间有一光滑直杆,OA与竖直方向的夹角为θ(θ<10°).现有可视为质点的甲乙两小球分别套在AC直杆、BC圆弧上(图中未画出),另一可视为质点的小球丙处于O点.现让甲、乙、丙三小球分别从A、B、O点无初速释放,到达C处所经过的时间分别为t1、t2、t3,不计空气阻力,不考虑三小球的碰撞,则关于时间t1、t2、t3的大小关系,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、物体沿着位于同一竖直圆上所有光滑细杆由静止下滑,到达圆周最低点的时间相等,所有无论θ多大,t1是不变的,证明如下:
由几何关系可知lAC=2Rsinα
物体从A运动到C的过程中加速度a=gsinα
根据匀加速运动位移时间公式得:2Rsinα=gsinαt2
解得:t=
所有无论θ多大,物体从A运动到C的时间都为t1=
从O点释放做自由落体运动,t3=
所以t1>t3,故A错误,B正确;
C、D、从B点释且θ<10°,所以从B点释放做单摆运动,
所以t2==
=
,所以t1>t2,故CD错误.
故选:B.
重0.5N的空心金属球从空中加速下落,由于受到空气阻力,下落时的加速度大小是9.5米/秒2,小球在下落过程中受到的合外力大小是______N,受到的空气阻力大小是______N.
正确答案
0.475
0.025
解析
解:金属球的质量为:m=
金属球所受的合力为:F合=ma=0.05×9.5N=0.475N,
因为F合=G-f,则阻力为:
f=G-F合=0.5-0.475N=0.025N.
故答案为:0.475,0.025.
在一种速降娱乐项目中,人乘坐在吊篮中,吊篮通过滑轮沿一条倾斜的钢索向下滑行.现有两条彼此平行的钢索,小红和小明分别乘吊篮从速降的起点由静止开始下滑,在他们下滑过程中,当吊篮与滑轮达到相对静止状态时,分别拍下一张照片,如图所示.已知二人运动过程中,空气阻力的影响可以忽略.当吊篮与滑轮达到相对静止状态后,则( )
正确答案
解析
解:A、如果两人匀速运动,吊篮受到的重力和拉力平衡,悬绳应该竖直,可知两人的运动都一定是变速运动,故A错误.
B、若吊篮对小明的作用力向上,小明的合外力在竖直方向上,不可能倾斜的钢索向下做直线运动,故吊篮对小明的作用力不是向上,根据牛顿第二定律知,吊篮对小明的作用力应斜向右上方,故B错误.
C、隔离对人和吊篮分析,运用正弦定理得:=
解得:F合=,所以加速度为:a=
=
对于小红有:θ=β,a=gsinθ.对于小明有:β>θ,a>gsinθ,故小明的加速度大,故C正确.
D、根据牛顿第二定律知,小明的合外力大,故D错误.
故选:C
两物体A和B,质量分别为m1和m2,互相接触放在光滑水平面上,如图所示.对物体A施以水平的推力F,则物体A对物体B的作用力等于( )
正确答案
解析
解:根据牛顿第二定律,得
对整体:a=
对右侧物体:F′=m2a=F
故选B
如图所示,水平面上停放着A,B两辆小车,质量分别为M和m,M>m,两小车相距为L,人的质量也为m,另有质量不计的硬杆和细绳.第一次人站在A车上,杆插在B车上;第二次人站在B车上,杆插在A车上;若两种情况下人用相同大小的水平作用力拉绳子,使两车相遇,不计阻力,两次小车从开始运( )
正确答案
解析
解:设拉力为F,
当人在A车上时,由牛顿第二定律得:
A车的加速度分别为: ①,
B车的加速度分别为: ②
AB两车都做匀加速直线运动,
③
当人在B车上时,由牛顿第二定律得:
A车的加速度分别为: ④,
B车的加速度分别为: ⑤
AB两车都做匀加速直线运动,
⑥
由①→⑥式解得:
所以t1<t2,故ACD错误,B正确;
故选:B
如图所示,A、B两物块的质量分别为2m和m,静止叠放在水平地面上.A、B间的动摩擦因数为μ,B与地面间的动摩擦因数为
μ.最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g.现对A施加一水平拉力F,则( )
正确答案
解析
解:AB之间的最大静摩擦力为:fmax=μmAg=2μmg,AB发生滑动的加速度为a=μg,B与地面间的最大静摩擦力为:f′max=μ(mA+mB)g=
μmg,故拉力F最小为F:F-f′max=(m+2m)•a,所以
F=时,AB将发生滑动
A、当 F<2 μmg 时,F<fmax,AB之间不会发生相对滑动,B与地面间会发生相对滑动,所以A、B 都相对地面运动,选项A错误.
B、当 F=μmg
时,故AB间不会发生相对滑动,由牛顿第二定律有:a=
,选项B正确.
C、当F>3μmg 时,AB间会发生相对滑动,选项C错误.
D、A对B的最大摩擦力为2μmg,无论F为何值,B的最大加速度为aB=,当然加速度更不会超过
μg,选项D正确.
故选:BD
一质量为m=1kg的物块在水平拉力F1=4N的作用下,在水平面上以V0=8m/s的速度匀速直线运动.若某时刻起拉力变为F2=6N,设运动过程中阻力大小不变,则:
(1)物体受到的阻力大小为多少.
(2)该时刻起物体加速度的大小为多大.
正确答案
解:(1)一质量为m=1kg的物块在水平拉力F1=4N的作用下,在水平面上以V0=8m/s的速度匀速直线运动,根据平衡条件知阻力f=F1=4N
(2)若某时刻起拉力变为F2=6N,则合力F=F2-f=6-4=2N
根据牛顿运动定律知a==
m/s2=2m/s2
答:(1)物体受到的阻力大小为4N.
(2)该时刻起物体加速度的大小为2 m/s2
解析
解:(1)一质量为m=1kg的物块在水平拉力F1=4N的作用下,在水平面上以V0=8m/s的速度匀速直线运动,根据平衡条件知阻力f=F1=4N
(2)若某时刻起拉力变为F2=6N,则合力F=F2-f=6-4=2N
根据牛顿运动定律知a==
m/s2=2m/s2
答:(1)物体受到的阻力大小为4N.
(2)该时刻起物体加速度的大小为2 m/s2
质量为1kg的木块,以10m/s的初速度沿倾角为37°的斜面由底端向上滑动,斜面静止不动,木块与斜面间的动摩擦因数为0.5,如图所示(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,g取10m/s2)求:
(1)求木块向上滑行的最大距离;
(2)求木块滑回到低端时的速度大小.
正确答案
解:(1)在上滑过程中,由牛顿第二定律可得:
-mgsinθ-μmgcosθ=ma
a=-gsinθ-μgcosθ=-10m/s2
上滑通过的位移为x,则有:
(2)下滑的加速度为a′,根据牛顿第二定律可得:
滑到底端的速度为v,有:
答:(1)求木块向上滑行的最大距离为5m;
(2)求木块滑回到低端时的速度大小为
解析
解:(1)在上滑过程中,由牛顿第二定律可得:
-mgsinθ-μmgcosθ=ma
a=-gsinθ-μgcosθ=-10m/s2
上滑通过的位移为x,则有:
(2)下滑的加速度为a′,根据牛顿第二定律可得:
滑到底端的速度为v,有:
答:(1)求木块向上滑行的最大距离为5m;
(2)求木块滑回到低端时的速度大小为
一质量为m的物体静止在粗糙水平面上,某时刻物体受到与水平面成θ角的拉力F的作用,沿水平面移动了位移L,物体与水平面间的动摩擦因数为μ,求物体的末速度v末=______.
正确答案
解析
解:对物体受力分析,根据牛顿第二定律得:
a=
物体做匀加速直线运动,根据位移速度公式得:
2aL=
解得:
故答案为:
质量为3kg的物体在水平推力F的作用下沿水平面作直线运动,一段时间后撤去F,其运动的v-t图象如图所示.g取10m/s2,求:
(1)0~10s内物体运动位移的大小x;
(2)物体与水平面间的动摩擦因数μ;
(3)水平推力F的大小.
正确答案
解:(1)根据v-t图象围成的面积得 x=×10×8m=40m
(2)由v-t图象可知6s时撤去F,以后4s内物体在地面摩擦力作用下做匀减速运动.
设物体减速时加速度为a2,则 a2==
=-2m/s2;
根据牛顿第二定律有-μmg=ma2
解得 μ=0.2
(3)设物体加速时加速度为a1,则 a1==
=
根据牛顿第二定律有 F-μmg=ma1
解得:F=μmg+ma1=0.2×3×10+3×=10N
答:
(1)0~10s内物体运动位移的大小x是40m;
(2)物体与水平面间的动摩擦因数μ是0.2;
(3)水平推力F的大小是10N.
解析
解:(1)根据v-t图象围成的面积得 x=×10×8m=40m
(2)由v-t图象可知6s时撤去F,以后4s内物体在地面摩擦力作用下做匀减速运动.
设物体减速时加速度为a2,则 a2==
=-2m/s2;
根据牛顿第二定律有-μmg=ma2
解得 μ=0.2
(3)设物体加速时加速度为a1,则 a1==
=
根据牛顿第二定律有 F-μmg=ma1
解得:F=μmg+ma1=0.2×3×10+3×=10N
答:
(1)0~10s内物体运动位移的大小x是40m;
(2)物体与水平面间的动摩擦因数μ是0.2;
(3)水平推力F的大小是10N.
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