- 牛顿第二定律
- 共12933题
一弹簧一端固定在倾角为37°光滑斜面的底端,另一端拴住的质量m1=4kg的物块P,Q为一重物,已知Q的质量m2=8kg,弹簧的质量不计,劲度系数k=600N/m,系统处于静止,如右图所示.现给Q施加一个方向沿斜面向上的力F,使它从静止开始斜向上做匀加速运动,已知在前0.2s时间内,F为变力,0.2s以后,F为恒力.求力F的最大值与最小值.(g=10m/s2)
正确答案
解:设刚开始时弹簧压缩量为x0
则(m1+m2)gsin θ=kx0①
因为在前0.2 s时间内,F为变力,0.2 s以后,F为恒力,所以在0.2 s时,P对Q的作用力为0,
由牛顿第二定律知
kx1-m1gsin θ=m1a ②
前0.2 s时间内P、Q向上运动的距离为
x0-x1=at2③
①②③式联立解得a=3 m/s2
当P、Q开始运动时拉力最小,此时有
Fmin=(m1+m2)a=36 N
当P、Q分离时拉力最大,此时有
Fmax=m2(a+gsin θ)=72 N.
答:最大值72N,最小值36N
解析
解:设刚开始时弹簧压缩量为x0
则(m1+m2)gsin θ=kx0①
因为在前0.2 s时间内,F为变力,0.2 s以后,F为恒力,所以在0.2 s时,P对Q的作用力为0,
由牛顿第二定律知
kx1-m1gsin θ=m1a ②
前0.2 s时间内P、Q向上运动的距离为
x0-x1=at2③
①②③式联立解得a=3 m/s2
当P、Q开始运动时拉力最小,此时有
Fmin=(m1+m2)a=36 N
当P、Q分离时拉力最大,此时有
Fmax=m2(a+gsin θ)=72 N.
答:最大值72N,最小值36N
如图所示,质量M=8kg的小车放在光滑的水平面上,在小车右端加一水平恒力F=8N,当小车向右运动的速度达到1.5m/s时,在小车前端轻轻放上一个大小不计、质量m=2kg的小物块,物块与小车间的动摩擦因数μ=0.2,物块始终没有离开小车,g取10m/s2.求:
(1)小车速度达到1.5m/s所需要的时间
(2)小物块在小车上滑动的时间
(3)要使物块始终没有离开小车,小车至少多长.
正确答案
解:(1)以小车为研究对象,小物块没放在小车上时
根据牛顿第二定律 F=Ma1
v0=a1t1
联立可得,小车运动的时间为t1=1.5s
(2)设滑行时间为t,
对m由根据牛顿第二定律得:
µmg=ma1
速度:v1=a2t2,
对M根据牛顿第二定律得:
F-µmg=Ma2
速度:v2=v0+a3t2,
速度相同时小物块与小车之间不发生相对滑动即:v1=v2,
a1t=v0+a2t
t==1s
(3)速度相同时,小车运动的位移为:,
解得:x1=1.75m,
小物块的位移为:,
代入数据解得:x2=1m,
则小物块在车上滑动的距离为:
L=x1-x2=1.75-1m=0.75m,
即小车最小长度为0.75m.
答:(1)小车速度达到1.5m/s所需要的时间为1.5s
(2)小物块在小车上滑动的时间为1s
(3)要使物块始终没有离开小车,小车要0.75m长.
解析
解:(1)以小车为研究对象,小物块没放在小车上时
根据牛顿第二定律 F=Ma1
v0=a1t1
联立可得,小车运动的时间为t1=1.5s
(2)设滑行时间为t,
对m由根据牛顿第二定律得:
µmg=ma1
速度:v1=a2t2,
对M根据牛顿第二定律得:
F-µmg=Ma2
速度:v2=v0+a3t2,
速度相同时小物块与小车之间不发生相对滑动即:v1=v2,
a1t=v0+a2t
t==1s
(3)速度相同时,小车运动的位移为:,
解得:x1=1.75m,
小物块的位移为:,
代入数据解得:x2=1m,
则小物块在车上滑动的距离为:
L=x1-x2=1.75-1m=0.75m,
即小车最小长度为0.75m.
答:(1)小车速度达到1.5m/s所需要的时间为1.5s
(2)小物块在小车上滑动的时间为1s
(3)要使物块始终没有离开小车,小车要0.75m长.
如图在小木板上固定一个弹簧秤(弹簧秤的质量可忽略不计),弹簧秤下吊一光滑小球一起放在斜面上,木板固定时,弹簧秤的示数为F1,放手后木板沿斜面下滑,稳定时弹簧秤的示数是F2,测得斜面的倾角为θ.则( )
正确答案
解析
解:设小球的质量为m,木扳与小球的总质量为M,木板与斜面间的动摩擦因数为µ,由题意得:
F1=mgsinθ…①
放手后,木板和小球沿斜面向下匀加速运动,由牛顿第二定律得:
Mgsinθ-µMgcosθ=Ma…②
对小球有:
mgsinθ-F2=ma…③
解①②③得:
a=gsinθ-μgcosθ
μ=
或者:
μ=
F2>0,是拉力,故弹簧依然伸长.
故选:ACD.
一物体放在一倾角为θ的斜面上,如图所示,向下轻轻一推,它刚好能匀速下滑,若给此物一个沿斜面向上的初速度v0,则它上滑的加速度为______上滑最大路程是______.
正确答案
2gsinθ
解析
解:物体沿斜面匀速下滑时,合力为零,由平衡条件得:物体所受的滑动摩擦力大小为:f=mgsinθ,
当物体沿斜面向上滑动时,根据牛顿第二定律有:
mgsinθ+f=ma
由此解得:a=2gsinθ,方向沿斜面向下.
根据v2-v02=2ax
解得:x=
故答案为:2gsinθ;.
放在水平地面上的物块,受到方向不变的水平推力F的作用,F的大小与时间t的关系和物块速度v与时间t的关系如图所示,则物块的质量m=______kg,物块与地面之间的摩擦因数μ=______(g=10m/s2)
正确答案
0.5
0.4
解析
解:由v-t图象看出,物体在4s-6s做匀速直线运动,则f=F3=2N
由速度图象可知,2-4s物体加速度为a==
=2(m/s2),F=3N
由牛顿第二定律得:F-f=ma
代入解得:m=0.5kg,
由f=μN=μmg
得:μ=0.4
故答案为:0.5,0.4
质量为10kg的物体在F=200N的水平推力F作用下,从粗糙斜面的底端由静止开始沿斜面运动,斜面固定不动,物体与斜面间的动摩擦因数为μ=0.25,斜面与水平地面的夹角=37°.力F作用2秒钟后撤去,物体在斜面上继续上滑一段时间后,速度减为零.求:
(1)物体加速上滑时的加速度;
(2)撤去外力F时物体的速度;
(3)撤去外力F后物体沿斜面还可以上滑的时间.(已知 sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)
正确答案
解:设物体在推力作用(时间为t1)的加速度为a1,撤去F后加速度大小为a2.
(1)在匀加速上升的过程中,由牛顿第二定律得
沿斜面方向有
Fcosθ-mgsinθ-Ff=ma
垂直于斜面方向有
FN=mgcosθ+Fsinθ
又 Ff=μFN
联立解得 a1=5m/s2.
(2)根据v=a1t1得,撤去外力F时的速度为:v=10m/s
(3)撤去外力后物体做匀减速运动的过程中有:沿斜面的方向上有:
垂直于斜面的方向上有:-mgcosθ=0
又因为:
联立解得:a2=8m/s2
又因为:a1t1=a2t2
解得 t2=1.25s.
答:
(1)物体加速上滑时的加速度为5m/s2.
(2)撤去外力F时物体的速度是10m/s.
(3)撤去外力F后物体沿斜面还可以上滑的时间是1.25s.
解析
解:设物体在推力作用(时间为t1)的加速度为a1,撤去F后加速度大小为a2.
(1)在匀加速上升的过程中,由牛顿第二定律得
沿斜面方向有
Fcosθ-mgsinθ-Ff=ma
垂直于斜面方向有
FN=mgcosθ+Fsinθ
又 Ff=μFN
联立解得 a1=5m/s2.
(2)根据v=a1t1得,撤去外力F时的速度为:v=10m/s
(3)撤去外力后物体做匀减速运动的过程中有:沿斜面的方向上有:
垂直于斜面的方向上有:-mgcosθ=0
又因为:
联立解得:a2=8m/s2
又因为:a1t1=a2t2
解得 t2=1.25s.
答:
(1)物体加速上滑时的加速度为5m/s2.
(2)撤去外力F时物体的速度是10m/s.
(3)撤去外力F后物体沿斜面还可以上滑的时间是1.25s.
一滑雪运动员沿一直坡道向下滑雪,出发点记为O.自O点由静止出发,先后经过同一直坡道上的A、B、C三点,视滑雪过程为匀加速直线运动,测得AB间距离为l1=10.0m,BC间距离为l2=20.0m,且通过AB段与BC段所用时间均为t=2.0s.求(结果保留三位有效数字):
(1)滑雪过程中的加速度;
(2)运动员通过C点时的速度;
(3)OA两点间的距离l2;
(4)滑雪运动员由O至C的平均速度.
正确答案
解:(1)根据△x=at2得,a=,
(2)根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的速度得:,
则vC=vB+at=7.5+2.5×2=12.5m/s,
(3)根据2a得:
,
则OA两点间的距离为:xOA=xOB-xAB=11.25-10=1.25m,
(4)滑雪运动员由O至C的平均速度为:.
答:(1)滑雪过程中的加速度为2.5m/s2;
(2)运动员通过C点时的速度为12.5m/s;
(3)OA两点间的距离为1.25m;
(4)滑雪运动员由O至C的平均速度为6.25m/s.
解析
解:(1)根据△x=at2得,a=,
(2)根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的速度得:,
则vC=vB+at=7.5+2.5×2=12.5m/s,
(3)根据2a得:
,
则OA两点间的距离为:xOA=xOB-xAB=11.25-10=1.25m,
(4)滑雪运动员由O至C的平均速度为:.
答:(1)滑雪过程中的加速度为2.5m/s2;
(2)运动员通过C点时的速度为12.5m/s;
(3)OA两点间的距离为1.25m;
(4)滑雪运动员由O至C的平均速度为6.25m/s.
如图所示,水平面上固定一竖直轻质弹簧,一质量为m的A物体系在弹簧上端,整个系统在外力F的作用下处于平衡状态,此时弹簧弹力大小为______;现突然撤去外力F,则此瞬间A物体的加速度大小为______.
正确答案
F+mg
解析
解:施加外力后,根据平衡条件知弹力大小F弹=mg+F
撤去外力瞬间为F弹-mg=ma
联立解得a=
故答案为:mg+F,.
为了测量小木板和斜面间的动摩擦因数,某同学设计了如下的实验.在小木板上固定一个弹簧秤(弹簧秤的质量可不计),弹簧秤下吊一个光滑小球.将木板连同小球一起放在斜面上.如图所示,木板固定时,弹簧秤的示数为F1,放手后木板沿斜面下滑,稳定时弹簧秤的示数是F2,测得斜面的倾角为θ.由测量的数据可以计算出小木板跟斜面间动摩擦因数为______.
正确答案
解析
解:设小球的质量为m,木扳与小球的总质量为M,木板与斜面间的动摩擦因数为µ,由题意得:
F1=mgsinθ ①
放手后,木板和小球沿斜面向下匀加速运动,由牛顿第二定律得:
Mgsinθ-µMgcosθ=Ma ②
对小球有:mgsinθ-F2=ma ③
解①②③得
故答案为:.
一个物体受到n个共点力的作用处于平衡状态,若将其中一个大小等于F1的力保持大小不变而改变它的方向,则物体受到的合力大小的变化范围是______;若要使它的合力大小等于F1,则力F1的方向要旋转______.
正确答案
[0,2F1]
120°
解析
解:一个物体受到n个共点力的作用处于平衡状态,根据平衡条件知除了F1外的其余各力的合力大小也等于F1,
则将大小等于F1的力保持大小不变而改变它的方向时,合力大小的变化范围是:[0,2F1];
若要使它的合力大小等于F1,根据平行四边形定则知F1与其余力合力的夹角为60°,则力F1的方向要旋转120°;
故答案为:[0,2F1];120°.
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