- 牛顿第二定律
- 共12933题
一长木板A在水平地面上运动,当长木板A速度为v0=5m/s的时刻将一相对于地面静止的物块B轻放到木板A上,如图甲所示.己知木板A与物块B的质量相等,物块B与木板A间的动摩擦因数μ1=0.2,木板A与地面间的动摩擦因数μ2=0.3,物块B与木板A间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,且物块B始终在木板A上.取重力加速度的大小g=10m/s2.求:
(1)物块B刚放到木板上时木板A和物块B的加速度的aA和aB大小.
(2)以物块B刚放到木板A上时为计时起点(t=0),在图乙所示同一坐标系中画出木板A和物块B运动的速度-时间(v-t)图象(木板A以实线画,物块B以虚线画,要求写出必要的画图依据).
(3)木板至少要多长.
正确答案
解:(1)设初速度方向为正;
B在木板上受重力、支持力和摩擦力作用;受到的合外力FA=μ1mg;
由牛顿第二定律可知,B的加速度为aB=μ1g=0.2×10=2m/s2;
A受重力、支持力、压力、B的摩擦力及地面对B的摩擦力;
其合力FB=μ1mg+μ2×2mg
则由牛顿第二定律可得:
加速度aA=μ1g+2μ2g=0.2×10+2×0.3×10=8m/s2;
方向与运动方向相反;
(2)由以上分析可知,A做加速运动,B做减速运动;
设经t二者速度相等,则有:
v0-aAt=aBt
解得:t=0.5s
此时二者的共同速度v共=aBt=2×0.5=1m/s;
此后二者共同以1m/s的速度运动;加速度a=μ2g=0.3×10=3m/s2;
则经t=s两物体停止;
图象如图所示;
(3)由图象可知,只要能保证0.5s末不掉下来即可;
由图象可得,木板长度至少为:
l=-
=1.25m;
答:
(1)物块B刚放到木板上时木板A和物块B的加速度的aA和aB大小为2m/s2和8m/s2.
(2)如图所示;
(3)木板至少要1.25m
解析
解:(1)设初速度方向为正;
B在木板上受重力、支持力和摩擦力作用;受到的合外力FA=μ1mg;
由牛顿第二定律可知,B的加速度为aB=μ1g=0.2×10=2m/s2;
A受重力、支持力、压力、B的摩擦力及地面对B的摩擦力;
其合力FB=μ1mg+μ2×2mg
则由牛顿第二定律可得:
加速度aA=μ1g+2μ2g=0.2×10+2×0.3×10=8m/s2;
方向与运动方向相反;
(2)由以上分析可知,A做加速运动,B做减速运动;
设经t二者速度相等,则有:
v0-aAt=aBt
解得:t=0.5s
此时二者的共同速度v共=aBt=2×0.5=1m/s;
此后二者共同以1m/s的速度运动;加速度a=μ2g=0.3×10=3m/s2;
则经t=s两物体停止;
图象如图所示;
(3)由图象可知,只要能保证0.5s末不掉下来即可;
由图象可得,木板长度至少为:
l=-
=1.25m;
答:
(1)物块B刚放到木板上时木板A和物块B的加速度的aA和aB大小为2m/s2和8m/s2.
(2)如图所示;
(3)木板至少要1.25m
为了保障2015年春运的行车安全,多地交警部门于2015年春季在新开通的高速公路上安装了固定雷达测速仪(如图所示),可以准确抓拍超速车辆以及测量运动车辆的运动情况,假设有一辆汽车(向着测速仪行驶)与固定雷达测速仪相距x(单位:m)时紧急刹车(刹车后可视为匀减速直线运动),汽车刹车的同时固定雷达测速仪发出超声波,当测速仪接收到反射回来的超声波信号时该汽车恰好停下,此时该汽车与固定雷达测速仪相距x0(单位:m),已知超声波速度为v0(单位:m/s),则根据以上信息能求得( )
正确答案
解析
解:在整个这段时间内汽车的位移x′=x-x0,即刹车后的位移,故A正确.
超声波从发出到汽车和从汽车反射到测试仪的时间相等,采用逆向思维,汽车做初速度为零的匀加速直线运动,相等时间内的位移之比为1:3,则相等的时间T=,因为相等时间内的位移大小可以求出,根据连续相等时间内的位移之差是一恒量可以求出汽车刹车后的加速度大小,故D正确.
汽车刹车后的时间t=2T,可以求出C正确.
由于汽车的质量未知,根据牛顿第二定律无法求出汽车刹车后运动的阻力.故B错误.
故选:ACD.
如图所示,在粗糙的斜面上,用平行于斜面向上的力F推着物体一起沿斜面向上做匀速直线运动,现在力F逐渐减小,则物体在后来的运动的过程中( )
正确答案
解析
解:A、设斜面的倾角为θ,物体的质量为m.
开始物体做匀速直线运动,有F=mgsinθ,当力F减小时,加速度为 a=,方向沿斜面向下,F减小,则加速度增大,由于加速度方向与速度方向相反,知物体的速度减小.故A正确,B错误.
CD、物体在垂直于斜面方向加速度为零,则物体所受的支持力为 N=mgcosθ,不变,物体对斜面的压力也不变,由公式f=μN知物体所受的滑动摩擦力不变,故CD错误.
故选:A.
一平直的传送带以速度v=2m/s匀速运行,物体与传送带动摩擦因数为0.2,在传送带最左端A处把物体轻轻地放到传送带上,A、B相距L=10m.求:
(1)物体在传送带上从A处传送到最右端B处时间是多少?
(2)如果皮带匀速的速度V可以取不同值,求物体从A到B的时间t随传送带匀速速度V的函数关系式.
正确答案
解:(1)A放在传送带上,先在摩擦力作用下做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律得:
a=,
速度增加到与传送带速度相等需要的时间为:
,
速度增加到与传送带速度相等时运动的位移为:
x=,
此后物体随传送带一起做匀速直线运动,时间为:
,
则物体在传送带上从A处传送到最右端B处时间为:
t=t1+t2=1+4.5=5.5s
(2)若A一直做匀加速到达B端,则到达B点的速度为:
v=,
运动的时间为:,
若传送带的速度,则物体一直匀加速运动到B端,时间t=
,
若传送带的速度,则物体先做匀加速直线运动,速度与传送带速度相等后做匀速直线运动,
匀加速的时间为:=
,
匀加速运动的位移为:,
匀速运动的时间为:,
则总时间为:t=
答:(1)物体在传送带上从A处传送到最右端B处时间是5.5s;
(2)若传送带的速度,物体从A到B的时间t=
,若传送带的速度
,物体从A到B的时间t=
.
解析
解:(1)A放在传送带上,先在摩擦力作用下做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律得:
a=,
速度增加到与传送带速度相等需要的时间为:
,
速度增加到与传送带速度相等时运动的位移为:
x=,
此后物体随传送带一起做匀速直线运动,时间为:
,
则物体在传送带上从A处传送到最右端B处时间为:
t=t1+t2=1+4.5=5.5s
(2)若A一直做匀加速到达B端,则到达B点的速度为:
v=,
运动的时间为:,
若传送带的速度,则物体一直匀加速运动到B端,时间t=
,
若传送带的速度,则物体先做匀加速直线运动,速度与传送带速度相等后做匀速直线运动,
匀加速的时间为:=
,
匀加速运动的位移为:,
匀速运动的时间为:,
则总时间为:t=
答:(1)物体在传送带上从A处传送到最右端B处时间是5.5s;
(2)若传送带的速度,物体从A到B的时间t=
,若传送带的速度
,物体从A到B的时间t=
.
如图,质量m1=1kg的长木在水平恒力F=10N的作用下沿光滑的水平面运动,当木板速度为v=2m/s时,在木板右端无初速轻放一质量为m2=1.5kg的小物块,此后木板运动s0=1.5m时撤去力F,已知物块与木板间动摩擦因素μ=0.4,木板长l=1.3m,g取10m/s2.
(1)求撤去水平力F时木板的速度大小;
(2)通过计算分析物块是否滑离木板,若滑离木板,计算物块在木板上的运动时间;若未滑离木板,计算物块和木板的共同速度大小.
正确答案
解:(1)在外力F作用下木板的加速度为
放上物块后,木板的加速度
由速度位移时间可得
解得v′=4m/s
(2)物块在木板上的加速度为
t=,
0.5s内木块前进的位移为
此时物块距木板左端距离为△x=1.3-(1.5-0.5)m=0.3m
木块的速度为v木=a3t=2m/s
木板的速度为v板=v+a2t=4m/s
撤去外力后木板的加速度为
达到共同速度所需时间为t′,则v″=v木+a3t′=v板-a4t′
解得t′=0.2s,v″=2.8m/s
在0.2s内两物体各自运动的位移为
△x=x板-x木=0.2m<0.3m
答:(1)撤去水平力F时木板的速度大小为4m/s;
(2)物块没有滑离木板,计算物块和木板的共同速度大小为2.8m/s.
解析
解:(1)在外力F作用下木板的加速度为
放上物块后,木板的加速度
由速度位移时间可得
解得v′=4m/s
(2)物块在木板上的加速度为
t=,
0.5s内木块前进的位移为
此时物块距木板左端距离为△x=1.3-(1.5-0.5)m=0.3m
木块的速度为v木=a3t=2m/s
木板的速度为v板=v+a2t=4m/s
撤去外力后木板的加速度为
达到共同速度所需时间为t′,则v″=v木+a3t′=v板-a4t′
解得t′=0.2s,v″=2.8m/s
在0.2s内两物体各自运动的位移为
△x=x板-x木=0.2m<0.3m
答:(1)撤去水平力F时木板的速度大小为4m/s;
(2)物块没有滑离木板,计算物块和木板的共同速度大小为2.8m/s.
质量为4kg的雪橇在倾角θ=37°的斜坡上向下滑动,所受的空气阻力与速度成正比,比例系数未知.今测得雪橇运动的v-t图象如图所示,且AB是曲线最左端那一点的切线,B点的坐标为(4,15),CD线是曲线的渐近线.试问:
(1)物体开始时做什么运动?最后做什么运动?
(2)当v0=5m/s和v1=10m/s时,物体的加速度各是多少?
(3)空气阻力系数k及雪橇与斜坡间的动摩擦因数各是多少?
正确答案
解:(1)物体开始时做加速度减小的加速直线运动,最后作匀速直线运动.
(2)当v0=5m/s时,加速度a0=,
v1=10m/s时,加速度为a1=0
(3)t=0时刻开始加速时:mgsinθ-kv0-μmgcosθ=ma0┅①
最后匀速时:mgsinθ=kv1+μmgcosθ┅②.
由上面二式,得
kv0+ma0=kv1,
解得 k==2kg/s
由②式,得μ=
代入解得 μ=0.125
答:(1)物体开始时做加速度减小的加速直线运动,最后作匀速直线运动.
(2)当v0=5m/s和v1=10m/s时,物体的加速度各是2.5m/s2和0.
(3)空气阻力系数k是2kg/s,雪橇与斜坡间的动摩擦因数是0.125.
解析
解:(1)物体开始时做加速度减小的加速直线运动,最后作匀速直线运动.
(2)当v0=5m/s时,加速度a0=,
v1=10m/s时,加速度为a1=0
(3)t=0时刻开始加速时:mgsinθ-kv0-μmgcosθ=ma0┅①
最后匀速时:mgsinθ=kv1+μmgcosθ┅②.
由上面二式,得
kv0+ma0=kv1,
解得 k==2kg/s
由②式,得μ=
代入解得 μ=0.125
答:(1)物体开始时做加速度减小的加速直线运动,最后作匀速直线运动.
(2)当v0=5m/s和v1=10m/s时,物体的加速度各是2.5m/s2和0.
(3)空气阻力系数k是2kg/s,雪橇与斜坡间的动摩擦因数是0.125.
一质量m=1kg的物体在水平恒力F作用下水平运动,1s末撤去恒力F,其v-t图象如图所示,则恒力F和物体所受阻力Ff的大小是( )
正确答案
解析
解:由速度时间图线知,匀加速直线运动的加速度为:,
匀减速运动的加速度大小为:,
根据牛顿第二定律得:F-Ff=ma1
Ff=ma2
代入数据解得:Ff=3N,F=9N.故B、D正确,A、C错误.
故选:BD.
同学们小时候都喜欢玩滑梯等游戏,这种活动既刺激又有趣竟然能由静止从斜面上滑下来.如图所示,已知斜面的倾角为θ,斜面长度为L,小孩与斜面的动摩擦因数为μ,小孩可看成质点,不计空气阻力,则有关下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:AD、对小孩受力分析,受到重力、支持力和摩擦力作用,如图:
则有:N=mgcosθ,
摩擦力f=μN=μmgcos,
故AD均正确;
B、根据牛顿第二定律得:a==gsinθ-μgcosθ,故B错误;
C、根据动能定理得,
解得:v=,故C错误.
故选:AD.
如图所示,物体从光滑斜面上的A点由静止开始下滑,经过B点后进入水平面(设经过B点前后速度大小不变),最后停在C点.每隔0.2秒钟通过速度传感器测量物体的瞬时速度,如表给出了部分测量数据.(重力加速度g=10m/s2)
求:
(1)斜面的倾角α;
(2)物体与水平面之间的动摩擦因数μ;
(3)求物块到B点所用时间;
(4)t=0.6s时的瞬时速度v.
正确答案
解:(1)由前三列数据可知物体在斜面上匀加速下滑时的加速度为:
a1=
根据牛顿第二定律得:mgsinα=ma1
代入数据解得:a=30°
(2)由后二列数据可知物体在水平面上匀减速滑行时的加速度大小为:a2==2m/s2
μmg=ma2
μ=0.2
(3)研究物体由t=0到t=1.2s过程,设物体在斜面上运动的时间为t,则有:
vB=a1t,
v1.2=vB-a2(1.2-t),
代入得:v1.2=a1t-a2(1.2-t);
解得:t=0.5s,vB=2.5m/s;
所以当t=0.6s时物体已经在水平面上减速了0.1s,速度为v=2.5-0.1×2=2.3m/s
答:(1)斜面的倾角α为30°;
(2)物体与水平面之间的动摩擦因数μ为0.2;
(3)求物块到B点所用时间为0.5s;
(4)t=0.6s时的瞬时速度v为2.3m/s
解析
解:(1)由前三列数据可知物体在斜面上匀加速下滑时的加速度为:
a1=
根据牛顿第二定律得:mgsinα=ma1
代入数据解得:a=30°
(2)由后二列数据可知物体在水平面上匀减速滑行时的加速度大小为:a2==2m/s2
μmg=ma2
μ=0.2
(3)研究物体由t=0到t=1.2s过程,设物体在斜面上运动的时间为t,则有:
vB=a1t,
v1.2=vB-a2(1.2-t),
代入得:v1.2=a1t-a2(1.2-t);
解得:t=0.5s,vB=2.5m/s;
所以当t=0.6s时物体已经在水平面上减速了0.1s,速度为v=2.5-0.1×2=2.3m/s
答:(1)斜面的倾角α为30°;
(2)物体与水平面之间的动摩擦因数μ为0.2;
(3)求物块到B点所用时间为0.5s;
(4)t=0.6s时的瞬时速度v为2.3m/s
“引体向上”是同学们常做的一项健身运动.如图甲所示,质量为m=50kg的某同学两手正握单杠,手臂完全伸直,身体呈自然悬垂状态,此时他的下颚距单杠的高度为H=0.4m,然后他用F=600N的恒力将身体向上拉至某位置时不再用力,身体依靠惯性继续向上运动,为保证其下颚超过单杠达到合格要求,如图乙所示.恒力F的作用时间至少为多少?不计空气阻力,取重力加速度g=10m/s2.
正确答案
解:恒力F作用过程,根据牛顿第二定律得:F-mg=ma…①
在拉力作用下的位移为:…②
拉力作用下的末速度为:v=at… ③
撤去F后,根据速度位移公式得:v2=2gh2… ④
又有:h1+h2=H…⑤
联立各式解得t≈0.58 s
答:恒力F的作用时间至少为0.58s.
解析
解:恒力F作用过程,根据牛顿第二定律得:F-mg=ma…①
在拉力作用下的位移为:…②
拉力作用下的末速度为:v=at… ③
撤去F后,根据速度位移公式得:v2=2gh2… ④
又有:h1+h2=H…⑤
联立各式解得t≈0.58 s
答:恒力F的作用时间至少为0.58s.
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