- 牛顿第二定律
- 共12933题
下雨天,路面湿滑且视线不好,会严重影响交通安全.有一辆“桑塔纳2000”汽车以54km/h的速度匀速行驶,司机看到正前方十字路口一个骑自行车的人突然跌倒,经0.7s的反应时间后紧急刹车,刹车后汽车匀减速直线前进,最后停在离跌倒者2m处,避免了一场安全事故.已知“桑塔纳2000”汽车紧急刹车后车轮会被抱死,汽车轮胎与湿滑路面间的动摩擦因数为0.5,g取10m/s2.求:
(1)汽车司机发现情况后,汽车经过多长时间停下;
(2)汽车司机发现情况时,汽车与跌倒者的距离.
正确答案
解:(1)设汽车的加速度大小为a,汽车刹车时所受合力等于水平方向所受的摩擦力,由牛顿第二定律有汽车刹车时的加速度大小为:
=0.5×10m/s2=5m/s2
根据匀变速直线运动的速度时间关系有:
0=v0-at2
得汽车匀减速运动的时间为:
由题意知汽车的初速度为:v0=54km/h=15m/s
所以:
所以汽车停下来的时间等于反应时间加汽车匀减速运动时间即:
t=t1+t2=0.7+3s=3.7s
(2)汽车在反应时间里做匀速直线运动,产生位移:
x1=v0t1=15×0.7m=10.5m
汽车做匀减速直线运动的位移为:=
=22.5m
所以汽车发现情况时距跌倒者的距离:x=x1+x2+x0=10.5+22.5+2m=35m
答:(1)汽车司机发现情况后,汽车经过多长3.7s时间停下;
(2)汽车司机发现情况时,汽车与跌倒者的距离为35m.
解析
解:(1)设汽车的加速度大小为a,汽车刹车时所受合力等于水平方向所受的摩擦力,由牛顿第二定律有汽车刹车时的加速度大小为:
=0.5×10m/s2=5m/s2
根据匀变速直线运动的速度时间关系有:
0=v0-at2
得汽车匀减速运动的时间为:
由题意知汽车的初速度为:v0=54km/h=15m/s
所以:
所以汽车停下来的时间等于反应时间加汽车匀减速运动时间即:
t=t1+t2=0.7+3s=3.7s
(2)汽车在反应时间里做匀速直线运动,产生位移:
x1=v0t1=15×0.7m=10.5m
汽车做匀减速直线运动的位移为:=
=22.5m
所以汽车发现情况时距跌倒者的距离:x=x1+x2+x0=10.5+22.5+2m=35m
答:(1)汽车司机发现情况后,汽车经过多长3.7s时间停下;
(2)汽车司机发现情况时,汽车与跌倒者的距离为35m.
质量M=1kg的薄木板静止放在水平地面上,质量m=1kg的铁块静止在木板的左端,可视为质点.设最大静摩擦力都等于滑动摩擦力,已知木板与水平地面间的动摩擦因数μ1=0.05,铁块与木板之间的动摩擦因数μ2=0.2,取g=10m/s2.现给铁块施加一个水平向右的力F.
(1)若力F恒为 4N,经过时间1s,铁块恰好运动到木板的右端,求木板的长度L;
(2)若力F从零开始逐渐增加,试通过分析与计算,找到铁块在木板上没有掉下来受到的摩擦力f随力F大小变化关系式,并作出其图象.
正确答案
解:(1)根据牛顿第二定律得,铁块的加速度为:
木板的加速度为:
=
,
根据得:
L=.
(2))①当F≤μ1(m+M)g=1N时,系统没有被拉动,静摩擦力与外力成正比,即:
f=F.
②当F>μ1(m+M)g=1N时,若M、m相对静止,铁块与木板有相同的加速度a,则:
F-μ1(m+M)g=(m+M)a
F-f=ma
解得:F=2f-1
此时:f≤μ2mg=2N,即F≤3N
所以当1N<F≤3N时,f=N,
③当F大于3N时,M、m发生相对滑动,此时铁块所受的摩擦力为:f=μ2mg=2N.
f-F的图象如图所示.
答:(1)木板的长度L为0.5m.
(2)f随F的关系图线如图所示.
解析
解:(1)根据牛顿第二定律得,铁块的加速度为:
木板的加速度为:
=
,
根据得:
L=.
(2))①当F≤μ1(m+M)g=1N时,系统没有被拉动,静摩擦力与外力成正比,即:
f=F.
②当F>μ1(m+M)g=1N时,若M、m相对静止,铁块与木板有相同的加速度a,则:
F-μ1(m+M)g=(m+M)a
F-f=ma
解得:F=2f-1
此时:f≤μ2mg=2N,即F≤3N
所以当1N<F≤3N时,f=N,
③当F大于3N时,M、m发生相对滑动,此时铁块所受的摩擦力为:f=μ2mg=2N.
f-F的图象如图所示.
答:(1)木板的长度L为0.5m.
(2)f随F的关系图线如图所示.
如图所示,一质量为m的物块A与直立轻弹簧的上端连接,弹簧的下端固定在地面上,一质量也为m的物块B叠放在A的上面,A、B处于静止状态.若A、B粘连在一起,用一竖直向上的拉力缓慢上提B,当拉力的大小为
时,A物块上升的高度为L,此过程中,该拉力做功为W;若A、B不粘连,用一竖直向上的恒力F作用在B上,当A物块上升的高度也为L时,A与B恰好分离.重力加速度为g,不计空气阻力,求:
(1)恒力F的大小;
(2)A与B分离时的速度大小.
正确答案
解:(1):A、B静止时设弹簧压缩距离为x,应有:2mg=kx①
当A、B粘连A上升高度为L时应有:+k(x-L)=2mg②
联立①②两式可得:kL=③
由动能定理可得:W+-2mgL=0④
当A、B不粘连时,对AB整体应有:F-2mg+k(x-L)=2ma⑤
对A应有:k(x-L)-mg=ma⑥
联立③⑤⑥解得:F=⑦
(2):当A、B不粘连时由动能定理可得:FL+-2mgL=
(2m)
⑧
联立④⑦⑧可得v=
答:(1)恒力F的大小为
(2)故A与B分离时的速度大小为
解析
解:(1):A、B静止时设弹簧压缩距离为x,应有:2mg=kx①
当A、B粘连A上升高度为L时应有:+k(x-L)=2mg②
联立①②两式可得:kL=③
由动能定理可得:W+-2mgL=0④
当A、B不粘连时,对AB整体应有:F-2mg+k(x-L)=2ma⑤
对A应有:k(x-L)-mg=ma⑥
联立③⑤⑥解得:F=⑦
(2):当A、B不粘连时由动能定理可得:FL+-2mgL=
(2m)
⑧
联立④⑦⑧可得v=
答:(1)恒力F的大小为
(2)故A与B分离时的速度大小为
如图(a)所示,“
”型木块放在光滑水平地面上,木块水平表面AB粗糙,BC表面光滑且与水平面夹角为θ=37°.木块右侧与竖直墙壁之间连接着一个力传感器,当力传感器受压时,其示数为正值;当力传感器被拉时,其示数为负值.一个可视为质点的滑块从C点由静止开始下滑,运动过程中,传感器记录到的力和时间的关系如图(b)所示.已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2.求:
(1)斜面BC的长度;
(2)木块AB表面的摩擦因数.
正确答案
解:(1)分析滑块受力,由牛顿第二定律得,加速度为:,
通过图象可知滑块在斜面上运动的时间为:t1=1s,
由运动学公式得:.
(2)滑块对斜面的压力为:N1=mgcosθ,
木板对传感器的压力为:F1=N1sinθ,
由图象知:F1=12N,
代入数据解得:m=2.5kg,
传感器对木板的拉力为:F2=f′=μmg=5N,
解得:.
答:(1)斜面BC的长度为3m;
(2)木块AB表面的摩擦因数为0.2.
解析
解:(1)分析滑块受力,由牛顿第二定律得,加速度为:,
通过图象可知滑块在斜面上运动的时间为:t1=1s,
由运动学公式得:.
(2)滑块对斜面的压力为:N1=mgcosθ,
木板对传感器的压力为:F1=N1sinθ,
由图象知:F1=12N,
代入数据解得:m=2.5kg,
传感器对木板的拉力为:F2=f′=μmg=5N,
解得:.
答:(1)斜面BC的长度为3m;
(2)木块AB表面的摩擦因数为0.2.
一质量为40kg的电动车以30m/s的速度沿水平路面行驶,若关闭发动机后经过60s停下来,假设电动车在滑行过程中所受阻力不变,则滑行时电动车的加速度大小为______m/s2,受到的阻力大小为______N.
正确答案
0.5
20
解析
解:(1)汽车关闭发动机后做匀减速直线运动,
加速度а==-0.5m/s2,
则加速度的大小为0.5m/s2,
(2)根据牛顿第二定律:F合=mа
得f=mа=40×0.5N=20N.
故答案为:0.5,20
一物块从粗糙斜面底端,以某一初速度开始向上滑行,到达某位置后又沿斜面下滑到底端,则物块在此运动过程中( )
正确答案
解析
解:A、设斜面倾角为θ,物体受到的摩擦力f=μmgcosθ,物块上滑与下滑时的滑动摩擦力相等,故A错误,B正确;
C、上滑时的加速度a上=μgcosθ+gsinθ,a下=gsinθ-μgcosθ,由此可知,上滑时的加速度大于下滑时的加速度,故C错误;
D、由x=at2,解得:t=
,上滑与下滑时的位移大小想相等,a上>a下,则t上<t下,故D正确;
故选:BD.
(2015秋•兰州校级期末)如图所示,质量分别为2m和m的两个物体A和B,用轻弹簧连在一起,放在光滑的水平面上.在水平拉力F的作用下,两物体相对静止一起向右做匀加速运动,则弹簧的弹力的大小为______;若某时突然撤去F,则撤去F的瞬间物体B的加速度aB=______.
正确答案
解析
解:设物体运动的加速度为a,
对AB整体有,F=3ma,
对B有,F弹=2ma,
解得:F弹=
撤去F时,B只受到弹力的作用,设加速度为aB,
则 F弹=maB,
所以maB=
故答案为:;
在托乒乓球跑步比赛中,某同学将质量为m的球置于球拍光面中心,t=0时以大小为a的加速度从静止开始做匀加速直线运动,t=t0起做匀速直线运动,球始终保持在位于球拍中心不动.在运动过程中球受到与其速度方向相反、大小成正比的空气阻力,比例系数为k,运动中球拍拍面与水平方向夹角为θ.则匀速运动时tanθ=______;匀加速直线运动过程中tanθ随时间t变化的关系式为______.(不计球与球拍间的摩擦,重力加速度取g)
正确答案
tanθ=+
解析
解:
(1)匀速运动时的速度:v0=at0
在匀速运动阶段,有mgtanθ=kv0
解得:tanθ=
(2)加速阶段,设球拍对球的支持力为N′,有:
N′sinθ-kv=ma
N′cosθ=mg
得tanθ=+
.
故答案为:,tanθ=
+
(多选)质量为m的物体在恒定合力F作用下,在时间t内由静止开始运动了距离s,则以下说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、质量为m的物体在恒定合力F作用下,在时间t内由静止开始运动了距离s,若合力变为2F,根据牛顿第二定律,a=,加速度变为原来的2倍,根据x=
,知位移变为原来的2倍.故A正确.
B、物体的质量变为原来的,则加速度变为原来的2倍,根据x=
,知位移变为原来的2倍.故B正确.
C、保持m、F不变,加速度不变,根据x=,时间变为原来的2倍,则位移变为原来的4倍.故C错误.
D、物体合力变为原来的2倍,加速度变为原来的2倍,根据x=,时间变为原来的2倍,位移变为原来的8倍.故D错误.
故选AB.
(2015秋•贵阳校级期末)如图所示,质量为m的球与弹簧I和水平细线II相连,Ⅰ、Ⅱ的另一端分别固定于水平和竖直墙上.弹簧I与竖直方向夹角为θ,球静止时,分析当剪断II的瞬间( )
正确答案
解析
解:绳子未断时,受力如图,由共点力平衡条件得:
F2=mgtanθ,F1=
刚剪短细线瞬间,弹簧弹力和重力不变,受力如图
由几何关系,F合=F1sinθ=F2=ma,因而a==
;则由牛顿第二定律可知,加速度a=gtanθ; 故AC错误,BD正确;
故选:BD.
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