- 牛顿第二定律
- 共12933题
(2015秋•太和县期末)一长木板在水平地面上运动,在t=0时刻将一相对于地面静止的物块轻放到木板上,以后木板运动的速度-时间图象如图所示.己知物块与木板的质量相等,物块与木板间及木板与地面间均有摩擦,物块与木板间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,且物块始终在木板上.取重力加速度的大小g=10m/s2,求:
(1)物块与木板间、木板与地面间的动摩擦因数;
(2)求木板何时停止运动.
正确答案
解:(1)从t=0时开始,木板与物块之间的摩擦力使物块加速,使木板减速,此过程一直持续到物块和木板具有共同速度为止.
由图可知,在t1=0.5 s时,物块和木板的速度相同.设t=0到t=t1时间间隔内,物块和木板的加速度大小分别为a1和a2,则有:
a1=…①
a2=…②
式中v0=5 m/s、v1=1 m/s分别为木板在t=0、t=t1时速度的大小.设物块和木板的质量均为m,物块和木板间、木板与地面间的动摩擦因数分别为μ1、μ2,由牛顿第二定律得
μ1mg=ma1…③
(μ1+2μ2)mg=ma2…④
联立①②③④式得:
μ1=0.20…⑤
μ2=0.30…⑥
(2)0.5s后两个物体都做匀减速运动,假设两者相对静止,一起做匀减速运动,加速度大小为a=μ2g
由于物块的最大静摩擦力μ1mg<μ2mg,所以物块与木板不能相对静止.
根据牛顿第二定律可知,物块匀减速运动的加速度大小等于a2==μ1g=2m/s2.
0.5s后物块对木板的滑动摩擦力方向与速度方向相同,则木板的加速度大小为:a1′==4m/s2
则木板速度减为零需要的时间为:,
则有:t=0.5+0.25=0.75s,即木板在t=0.75s时停止运动.
答:(1)物块与木板间、木板与地面间的动摩擦因数分别为0.20和0.30;
(2)木板在0.75s时停止运动.
解析
解:(1)从t=0时开始,木板与物块之间的摩擦力使物块加速,使木板减速,此过程一直持续到物块和木板具有共同速度为止.
由图可知,在t1=0.5 s时,物块和木板的速度相同.设t=0到t=t1时间间隔内,物块和木板的加速度大小分别为a1和a2,则有:
a1=…①
a2=…②
式中v0=5 m/s、v1=1 m/s分别为木板在t=0、t=t1时速度的大小.设物块和木板的质量均为m,物块和木板间、木板与地面间的动摩擦因数分别为μ1、μ2,由牛顿第二定律得
μ1mg=ma1…③
(μ1+2μ2)mg=ma2…④
联立①②③④式得:
μ1=0.20…⑤
μ2=0.30…⑥
(2)0.5s后两个物体都做匀减速运动,假设两者相对静止,一起做匀减速运动,加速度大小为a=μ2g
由于物块的最大静摩擦力μ1mg<μ2mg,所以物块与木板不能相对静止.
根据牛顿第二定律可知,物块匀减速运动的加速度大小等于a2==μ1g=2m/s2.
0.5s后物块对木板的滑动摩擦力方向与速度方向相同,则木板的加速度大小为:a1′==4m/s2
则木板速度减为零需要的时间为:,
则有:t=0.5+0.25=0.75s,即木板在t=0.75s时停止运动.
答:(1)物块与木板间、木板与地面间的动摩擦因数分别为0.20和0.30;
(2)木板在0.75s时停止运动.
如图甲所示,细线的一端系一质量为m的小球,另一端固定在倾角为θ的光滑斜面顶端,小球静止时细线与斜面平行.斜面以加速度a水平向右做匀加速直线运动,若a取不同值,小球稳定时绳子对小球的拉力T和斜面对小球的支持力FN也将不同.已知道T随a变化的图线如图乙所示,其中AB段为倾斜直线,BC段为接近直线的平滑曲线,重力加速度为g=10m/s2.
(1)求小球质量m和斜面倾角θ;
(2)在图丙中画出FN随a变化的图线(不要求写出计算过程,只按画出的图线评分).
正确答案
解:(1)由图象可知,a=0时,T0=0.6N;
此时小球静止在斜面上,其受力如图甲,所以mgsinθ=T0;
同样,a=时,小球恰好离开斜面,其受力如图乙.
所以 mgcotθ=ma;
解得:θ=37°,m=0.1kg;
(2)小球离开斜面之前,Tcosθ-FNsinθ=ma;
Tsinθ+FNcosθ=mg;
联立解得:FN=mgcosθ-masinθ,
即FN=0.8-0.06a;
FN图线如图所示,
答:(1)求小球质量0.1kg;斜面倾角37°;
(2)在图丙中画出FN随a变化的图线,如上图所示.
解析
解:(1)由图象可知,a=0时,T0=0.6N;
此时小球静止在斜面上,其受力如图甲,所以mgsinθ=T0;
同样,a=时,小球恰好离开斜面,其受力如图乙.
所以 mgcotθ=ma;
解得:θ=37°,m=0.1kg;
(2)小球离开斜面之前,Tcosθ-FNsinθ=ma;
Tsinθ+FNcosθ=mg;
联立解得:FN=mgcosθ-masinθ,
即FN=0.8-0.06a;
FN图线如图所示,
答:(1)求小球质量0.1kg;斜面倾角37°;
(2)在图丙中画出FN随a变化的图线,如上图所示.
一架小型喷气式飞机的质量为5×103kg,在跑道上从静止开始滑行时受到的发动机的牵引力为1.8×104N,设飞机在运动中的阻力是它所受重力的0.2倍,飞机离开跑道的起飞速度为60m/s,求飞机在跑道上滑行的距离.(g取10m/s2)
正确答案
解:由动能定理知:(F-f)s=
其中f=0.2mg
解得:s==1125m
答:机在跑道上滑行的距离1125m.
解析
解:由动能定理知:(F-f)s=
其中f=0.2mg
解得:s==1125m
答:机在跑道上滑行的距离1125m.
如图所示,在长为L=75cm的静止竖直筒中有一大小不计的小球,筒与球的总质量为4kg.现对筒施加一竖直向下大小为21N的恒力,使筒竖直向下运动,经t=0.5s,小球恰好到达筒口,求小球的质量.
正确答案
解:小球与筒底分离,而做自由落体运动:
筒竖直向下的位移为:h2=h1+L=2m
筒在外力作用下加速运动,由
得:
对筒由牛顿第二定律可得:F+m2g=m2a
解之得:m2=3.5kg
小球的质量:m1=M-m2=0.5kg
答:小球的质量为0.5kg.
解析
解:小球与筒底分离,而做自由落体运动:
筒竖直向下的位移为:h2=h1+L=2m
筒在外力作用下加速运动,由
得:
对筒由牛顿第二定律可得:F+m2g=m2a
解之得:m2=3.5kg
小球的质量:m1=M-m2=0.5kg
答:小球的质量为0.5kg.
如图,一小球通过细绳悬挂于车厢顶上,车厢在水平轨道上做直线运动,小球相对车厢静止,细绳与竖直方向夹角为α,则车厢的加速度( )
正确答案
解析
解:隔离对小球分析,如图所示,
根据牛顿第二定律得,小球的加速度a=.
车厢的加速度与小球的加速度相同,方向水平向右.故A正确,B、C、D错误.
故选:A.
(2016•天津校级模拟)如图甲所示,足够长的木板B静置于光滑水平面上,其上放置小滑块A.木板B受到随时间t变化的水平拉力F作用时,用传感器测出木板B的加速度a,得到如图乙所示的a-F图象,已知g取10m/s2,则( )
正确答案
解析
解:A、当F等于8N时,加速度为:a=2m/s2,对整体分析,由牛顿第二定律有:F=(M+m)a,代入数据解得:M+m=4kg,当F大于8N时,对B,由牛顿第二定律得:a==
F-
,由图示图象可知,图线的斜率:k=
=
=
=1,解得,木板B的质量:M=1kg,滑块A的质量为:m=3kg.故A错误,B正确.
C、根据F大于8N的图线知,F=6时,a=0,由a=F-
,可知:0=
×6-
,解得:μ=0.2,由图示图象可知,当F=10N时,滑块与木板相对滑动,滑块的加速度为:a=a=
F-
=
×10-
=4m/s2,故C正确,D错误.
故选:BC.
如图所示,微粒A位于一定高度处,其质量m=1×10-4kg、带电荷量q=+1×10-6C,塑料长方体空心盒子B位于水平地面上,与地面间的动摩擦因数μ=0.1.B上表面的下方存在着竖直向上的匀强电场,场强大小E=2×103N/C,B上表面的上方存在着竖直向下的匀强电场,场强大小为E.B上表面开有一系列略大于A的小孔,孔间距满足一定的关系,使得A进出B的过程中始终不与B接触.当A以υ1=1m/s的速度从孔1竖直向下进入B的瞬间,B恰以υ2=0.6m/s的速度向右滑行.设B足够长、足够高且上表面的厚度忽略不计,取g=10m/s2,A恰能顺次从各个小孔进出B.试求:
(1)从A第一次进入B至B停止运动的过程中,B通过的总路程s;
(2)B上至少要开多少个小孔,才能保证A始终不与B接触;
(3)从右到左,B上表面各相邻小孔之间的距离分别为多大?
正确答案
解:(1)A在B内、外运动时,B的加速度大小
a==μg=1 m/s2
B全过程做匀减速直线运动,所以通过的总路程 s==0.18m
(2)A第二次进入B之前,在B内运动的加速度大小 a1==10 m/s2
运动的时间 t1=2×=0.2s
在B外运动的加速度大小a2=20 m/s2
运动的时间 t2=2×=0.1s
A从第一次进入B到第二次进入B的时间 t=t1+t2=0.3s
A运动一个周期B减少的速度为△υ=at=0.3m/s)
从小球第一次进入B到B停下,A运动的周期数为 n==
=2
故要保证小球始终不与B相碰,B上的小孔个数至少为 2n+1=5
(3)由于B向右做匀减速直线运动,经0.6s速度减为零,由逆向思维可知,B向左做初速度为零的匀加速直线运动了0.6s,每经过0.1s,其位移大小之比为1:3:5:7:9:11,共有(1+3+5+7+9+11)份即36份,所以,从右到左,B上表面各相邻小孔之间的距离分别为
S1=s=0.1m S2=
s=0.035m
S3=s=0.04m S4=
s=0.005m
答:(1)从A第一次进入B至B停止运动的过程中,B通过的总路程s=0.18m;
(2)B上至少要开5个小孔,才能保证A始终不与B接触;
(3)从右到左,B上表面各相邻小孔之间的距离分别为0.1m,0.035m,0.04m,0.005m
解析
解:(1)A在B内、外运动时,B的加速度大小
a==μg=1 m/s2
B全过程做匀减速直线运动,所以通过的总路程 s==0.18m
(2)A第二次进入B之前,在B内运动的加速度大小 a1==10 m/s2
运动的时间 t1=2×=0.2s
在B外运动的加速度大小a2=20 m/s2
运动的时间 t2=2×=0.1s
A从第一次进入B到第二次进入B的时间 t=t1+t2=0.3s
A运动一个周期B减少的速度为△υ=at=0.3m/s)
从小球第一次进入B到B停下,A运动的周期数为 n==
=2
故要保证小球始终不与B相碰,B上的小孔个数至少为 2n+1=5
(3)由于B向右做匀减速直线运动,经0.6s速度减为零,由逆向思维可知,B向左做初速度为零的匀加速直线运动了0.6s,每经过0.1s,其位移大小之比为1:3:5:7:9:11,共有(1+3+5+7+9+11)份即36份,所以,从右到左,B上表面各相邻小孔之间的距离分别为
S1=s=0.1m S2=
s=0.035m
S3=s=0.04m S4=
s=0.005m
答:(1)从A第一次进入B至B停止运动的过程中,B通过的总路程s=0.18m;
(2)B上至少要开5个小孔,才能保证A始终不与B接触;
(3)从右到左,B上表面各相邻小孔之间的距离分别为0.1m,0.035m,0.04m,0.005m
有一种叫“阿特武德机”的装置,可以用来研究超重和失重现象,其研究步骤如下:如图所示,原来左右两侧都悬挂质量为2m的砝码,此时弹簧秤示数为2mg.若在右侧悬挂的砝码上再增加质量为m的砝码,左侧砝码将获得向上的加速度,可观察到弹簧秤上的示数变大,左侧砝码处于超重状态;若将右侧减少一个质量为m砝码,左侧砝码将向下加速运动,可观察到弹簧秤上的示数变小,左侧砝码处于失重状态.请问:
(1)左侧砝码超重状态时,弹簧秤的读数为多少?
(2)左侧砝码失重状态时,弹簧秤的读数为多少?
正确答案
解析
解:(1)处于超重状态时,
对左侧物体受力分析由牛顿第二定律知
F-2mg=2ma
同理对右侧的物体受力分析知
3mg-F=3ma
联立以上二式解得F=2.4mg
(2)处于失重状态时,对左侧物体受力分析知
2mg-F′=2ma′
对右侧的物体受力分析知F′-mg=ma′
联立以上二式解得F′=mg
答:左侧砝码超重状态时,弹簧秤的读数为2.4mg,左侧砝码失重状态时,弹簧秤的读数为mg.
(2015秋•滑县校级期末)质量为 0.5kg的物体由静止开始沿光滑斜面下滑,下滑到斜面的底端后进入粗糙水平面滑行,直到静止,它的v-t图象如图所示.(g取10m/s2)那么,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、物块先在光滑斜面上做匀加速,a=,而a=
,所以θ=30°,故A错误;
B、物体在斜面上受到的合外力F=ma=2.5N,故B正确;
C、粗糙水平面上做匀减速,a′=,所以μmg=ma′,解得:μ=0.25,故C正确;
D、物体在水平面上受到的合外力F′=ma′=1.25N,故D错误.
故选:BC
如图甲所示,轻质弹簧的下端固定在水平面上,上端放置一小物体(物体与弹簧不连接),初始时物体处于静止状态,现用竖直向上的拉力F作用在物体上,使物体开始向上做匀加速直线运动,拉力F与物体位移x的关系如图乙所示(g=10m/s2),求:
(1)物体的质量m.
(2)物体脱离弹簧时的速度.
正确答案
解:(1)刚开始物体处于静止状态,重力和弹力二力平衡,有
mg=kx…①
拉力F1为10N时,弹簧弹力和重力平衡,合力等于拉力,根据牛顿第二定律,有
F1+kx-mg=ma…②
物体与弹簧分离后,拉力F2为30N,根据牛顿第二定律,有
F2-mg=ma…③
代入数据解得:
m=2kg
a=5m/s2
(2)由v2=2ax可得:
v=m/s;
答:(1)物体的质量m为2kg;.
(2)物体脱离弹簧时的速度为m/s;
解析
解:(1)刚开始物体处于静止状态,重力和弹力二力平衡,有
mg=kx…①
拉力F1为10N时,弹簧弹力和重力平衡,合力等于拉力,根据牛顿第二定律,有
F1+kx-mg=ma…②
物体与弹簧分离后,拉力F2为30N,根据牛顿第二定律,有
F2-mg=ma…③
代入数据解得:
m=2kg
a=5m/s2
(2)由v2=2ax可得:
v=m/s;
答:(1)物体的质量m为2kg;.
(2)物体脱离弹簧时的速度为m/s;
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