- 牛顿第二定律
- 共12933题
一弹簧秤的秤盘质量m1=1.5kg,盘内放一质量为m2=10.5kg的物体P,弹簧质量不计,其劲度系数为K=800N/m,系统处于静止状态,如图所示.现给P施加一个竖直向上的力F,使P从静止开始向上做匀加速直线运动,已知在最初0.2s内F是变化的,在0.2s后是恒定的,求F的最大值和最小值各是多少?(g=10m/s2)
正确答案
解:设刚开始时弹簧压缩量为x1,则:
x1==0.15m…①
设两者刚好分离时,弹簧压缩量为x2,则对Q:
kx2-m1g=m1a…②
在前0.2s时间内,由运动学公式得:
x1-x2=at2…③
由①②③解得:a=6m/s2
由牛顿第二定律,开始时:
Fmin=(m1+m2)a=72N
最终分离后:
Fmax-m2g=m2a
即:Fmax=m2(g+a)=168N
答:力F最小为72N,最大为168N.
解析
解:设刚开始时弹簧压缩量为x1,则:
x1==0.15m…①
设两者刚好分离时,弹簧压缩量为x2,则对Q:
kx2-m1g=m1a…②
在前0.2s时间内,由运动学公式得:
x1-x2=at2…③
由①②③解得:a=6m/s2
由牛顿第二定律,开始时:
Fmin=(m1+m2)a=72N
最终分离后:
Fmax-m2g=m2a
即:Fmax=m2(g+a)=168N
答:力F最小为72N,最大为168N.
考驾照需要进行路考,路考其中有一项是定点停车.路旁可以竖一标志杆,在车以v0的速度匀速行驶过程中,距标志杆的距离为s时,考官命令考员到标志杆停,考员立即刹车,车在恒定滑动摩擦力作用下做匀减速运动.已知车(包括车内的人)的质量为M,车与路面的动摩擦因数为μ,车视为质点,求车停下时距标志杆的距离(说明v0与s、μ、g的关系)
正确答案
解:车的加速度大小由牛顿第二定律知:
所以 a=μg
设车的速度为 v时车刚好停在标志杆处则:
v2=2as
即:
刹车过程中车的位移为:s′=
当 时,车停在标志杆处,车距标志杆的距离
车停下时距标志杆的距离△s=s′-s=0
当 时,车还没达到标志杆处,车距标志杆的距离
车停下时距标志杆的距离△s=s-s′=s-
当 时,车已经驶过标志杆,车距标志杆的距离
车停下时距标志杆的距离△s=s′-s=-s
解析
解:车的加速度大小由牛顿第二定律知:
所以 a=μg
设车的速度为 v时车刚好停在标志杆处则:
v2=2as
即:
刹车过程中车的位移为:s′=
当 时,车停在标志杆处,车距标志杆的距离
车停下时距标志杆的距离△s=s′-s=0
当 时,车还没达到标志杆处,车距标志杆的距离
车停下时距标志杆的距离△s=s-s′=s-
当 时,车已经驶过标志杆,车距标志杆的距离
车停下时距标志杆的距离△s=s′-s=-s
雨滴下落时所受到的空气阻力与雨滴的速度有关,雨滴速度越大,它受到的空气阻力越大;此外,当雨滴速度一定时,雨滴下落时所受到的空气阻力还与雨滴半径的α次方成正比(1≤α≤2).假设一个大雨滴和一个小雨滴从同一云层同时下落,最终它们都______(填“加速”、“减速”或”匀速”)下落.______(填“大”或“小”)雨滴先落到地面;接近地面时,______(填“大”或“小”)雨滴的速度较小.
正确答案
匀速
大
小
解析
解:由于雨滴受到的空气阻力与速度有关,速度越大阻力越大,因此最终当阻力增大到与重力平衡时都做匀速运动;
设雨滴半径为r,则当雨滴匀速下落时受到的空气阻力f∝rα,由题意可知,雨滴下落时的阻力与速度有关,可以假定阻力与vn成正比,则可知f=Krαvn;(K为常数)
而物体的重力,即半径越大,雨滴的重力越大;而匀速运动时,mg=f=kKrαvn,
即:=kKrαvn,即vn∝r3-a,由于1≤α≤2,故3-α>0,
故半径越大的雨滴下落速度越快,因此半径大的匀速运动的速度大,平均速度也大,故大雨滴先落地且落地速度大,小雨滴落地速度小.
故答案为:匀速;大;小.
如图所示,水平地面上静止放置一辆小车A,质量mA=4kg,车长L=0.4m,上表面不光滑,小车与地面间的摩擦力极小,可以忽略不计.小车以V=1.2m/s在水平地面匀速运动.将可视为质点的物块B无初速度地置于A的最右端,B的质量mB=2kg.AB间的动摩擦因素为u=0.2,AB间的最大静摩擦力可以认为等于滑动摩擦力.现对A施加一个水平向右的恒力F作用.(g=10m/s2,所有计算结果保留两位有效数字)
(1)要维持小车匀速运动,求F的大小?
(2)当A匀速运动时,求从B放上A至B相对A静止,A发生的位移大小?
(3)要使物块B不从小车A上掉下,求F的大小?
正确答案
解:(1)A相对B向右运动,A受到B对它的向左的滑动摩擦力大小为:
f=μmBg
要维持A的匀速运动,由平衡条件可知:
F=f
解得:
F=4N
(2)B在滑动摩擦力的作用下做匀加速直线运动,加速度为:
aB=μg
从B放上A到B相对A静止,B的运动时间为:
t=
在时间t内,A发生的位移为:
S=vt
解得:
S=0.72m
(3)当外力F达到最大时,A加速,B加速,且B滑动到A的最左端,AB同速;
对A:F-μmBg=mAaA
当AB同速时,经历的时间为t1,故:
v+aAt1=aBt1
在时间t1内,A发生的位移为SA,B发生的位移为SB,故:
且位移满足:
SA-L=SB
解得:
F=4.8N
当F=4.8N 时,共同加速度为:
=0.80m/s2
at<aB,达到共速后,AB以0.80m/s2的加速度一起匀加速;
F越小,B在A上的相对位移越小,故要使B不从A上滑落,F的取值范围是:0≤F≤4.8N;
答:(1)要维持小车匀速运动,求F的大小为4N;
(2)当A匀速运动时,求从B放上A至B相对A静止,A发生的位移大小为0.72m;
(3)要使物块B不从小车A上掉下,求F的大小范围为:0≤F≤4.8N.
解析
解:(1)A相对B向右运动,A受到B对它的向左的滑动摩擦力大小为:
f=μmBg
要维持A的匀速运动,由平衡条件可知:
F=f
解得:
F=4N
(2)B在滑动摩擦力的作用下做匀加速直线运动,加速度为:
aB=μg
从B放上A到B相对A静止,B的运动时间为:
t=
在时间t内,A发生的位移为:
S=vt
解得:
S=0.72m
(3)当外力F达到最大时,A加速,B加速,且B滑动到A的最左端,AB同速;
对A:F-μmBg=mAaA
当AB同速时,经历的时间为t1,故:
v+aAt1=aBt1
在时间t1内,A发生的位移为SA,B发生的位移为SB,故:
且位移满足:
SA-L=SB
解得:
F=4.8N
当F=4.8N 时,共同加速度为:
=0.80m/s2
at<aB,达到共速后,AB以0.80m/s2的加速度一起匀加速;
F越小,B在A上的相对位移越小,故要使B不从A上滑落,F的取值范围是:0≤F≤4.8N;
答:(1)要维持小车匀速运动,求F的大小为4N;
(2)当A匀速运动时,求从B放上A至B相对A静止,A发生的位移大小为0.72m;
(3)要使物块B不从小车A上掉下,求F的大小范围为:0≤F≤4.8N.
(2015秋•柘城县期中)如图所示,木板与水平地面间的夹角θ可以随意改变,当θ=37°时,可视为质点的一小木块恰好能沿着木板匀速下滑.若让该小木块从木板的底端每次都以2.5m/s的速度沿木板向上运动,随着θ的改变,小木块沿木板滑行的距离将发生变化,已知重力加速度为g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.
(1)求小木块与木板间的动摩擦因数;
(2)当θ=53°角时,小木块沿木板向上滑行的距离;
(3)当θ=53°角时,小木块由底端沿木板向上滑行再回到原出发点所用的时间.
正确答案
解:(1)当θ=37°时,小木块匀速下滑,对物体受力可知
有:mgsinθ=μmgcosθ
解得:μ=tanθ=0.75
(2)当θ=53°小木块沿木板向上滑行时,小木块受力可知
有:mgsinθ+μmgcosθ=ma1
解得:a1=12.5m/s2
小木板向上滑行的距离x1==0.25m
(3)当θ=53°小木块沿木板向下滑行时,小木块受力可知
有:mgsinθ-μmgcosθ=ma2
解得:a2=3.5 m/s2
x1=
解得:t2=s
t1=
t=t1+t2=(
答:(1)小木块与木板间的动摩擦因数为0.75;
(2)当θ=53°角时,小木块沿木板向上滑行的距离为0.25m;
(3)当θ=53°角时,小木块由底端沿木板向上滑行再回到原出发点所用的时间为
解析
解:(1)当θ=37°时,小木块匀速下滑,对物体受力可知
有:mgsinθ=μmgcosθ
解得:μ=tanθ=0.75
(2)当θ=53°小木块沿木板向上滑行时,小木块受力可知
有:mgsinθ+μmgcosθ=ma1
解得:a1=12.5m/s2
小木板向上滑行的距离x1==0.25m
(3)当θ=53°小木块沿木板向下滑行时,小木块受力可知
有:mgsinθ-μmgcosθ=ma2
解得:a2=3.5 m/s2
x1=
解得:t2=s
t1=
t=t1+t2=(
答:(1)小木块与木板间的动摩擦因数为0.75;
(2)当θ=53°角时,小木块沿木板向上滑行的距离为0.25m;
(3)当θ=53°角时,小木块由底端沿木板向上滑行再回到原出发点所用的时间为
用2N的水平拉力正好使木块在水平地面上做匀速直线运动.现用4N的水平推力使木块在2s内速度从2m/s增加到6m/s,则木块通过的路程是______m;木块的质量是______kg.
正确答案
8
1
解析
解:木块通过的路程x=,
木块的加速度a=,
阻力的大小f=F1=2N,根据牛顿第二定律得,F2-f=ma,
解得m=.
故答案为:8,1.
质量为m和M的两个物体用轻绳连接,用一大小不变的拉力F拉M,使两物体在图中所示的AB、BC、CD三段轨道上都做匀加速直线运动,物体在三段轨道上运动时力F都平行于轨道,且动摩擦因数均相同,设在AB、BC、CD上运动时m和M之间的绳上的拉力分别为T1、T2、T3,则它们的大小( )
正确答案
解析
解:在水平面上运动时,整体的加速度a=,隔离对m分析,根据牛顿第二定律得,T1-μmg=ma,解得
.
在斜面上运动时,整体的加速度a==
,隔离对m分析,根据牛顿第二定律得,T-mgsinθ-μmgcosθ=ma,解得T=
,与倾角θ无关.故A正确,B、C、D错误.
故选A.
(2015秋•牡丹江校级期末)纳米技术(1纳米=10ˉ9m)是在纳米尺度(10ˉ9m~10ˉ7m)范围内通过直接操纵分子、原子或分子团使其重新排列从而形成新的物质的技术.用纳米材料研制出一种新型涂料喷涂在船体上能使船体在水中航行形成空气膜,从而使水的阻力减小一半.设一货轮的牵引力不变,喷涂纳米材料后航行加速度比原来大了一倍,则牵引力与喷涂纳米材料后的阻力f之间大小关系是( )
正确答案
解析
解:喷涂纳米材料前,由牛顿第二定律,则有F-2f=ma
喷涂纳米材料后,则有F-f=m•2a
联立两式,解得:F=3f,故D正确,ABC错误;
故选:D
利用图象可以描述两个物理量之间的关系,图象除了能直接表明这两个物理量之间的变化特点外,图线与横轴所围的面积还可以表示第三个物理量.例如:在v-t图象中,图线与横轴所围的面积为物体在这段时间内的位移x.如图(a)所示,质量为1kg的物块,在水平向右、大小为5N的恒力F作用下,沿粗糙水平面由静止开始运动.在运动过程中,物块受到水平向左的空气阻力,其大小随着物块速度的增大而增大,且当物块速度为零时,空气阻力也为零.物块加速度a与时间t的关系图线如图(b)所示,求:
(1)物块与水平面间的动摩擦因数μ;
(2)t=5s时物块速度的大小;
(3)t=6s时空气阻力的大小.
正确答案
解:(1)当t=0时,由题意可知,物体所受空气阻力为零,此时物块的受力情况如图所示.由牛顿第二定律有:
F-f=ma0①
N-mg=0②
又因为 f=μN③
由①②③可求得:μ=0.3
(2)由题意可知,在a-t图中,图线与t轴所围的面积为速度的增加量,
所以t=5s时物块的速度
(3)由图象可知,t=5s后,物块做匀速直线运动,物体所受的空气阻力不变,设此过程中物块所受空气阻力为F空,
由牛顿第二定律有:F-f-F空=0④
由②③④式可求得:F空=2N
答:(1)物块与水平面间的动摩擦因数为0.3.
(2)t=5s时物块速度的大小为5m/s.
(3)t=6s时空气阻力的大小为2N.
解析
解:(1)当t=0时,由题意可知,物体所受空气阻力为零,此时物块的受力情况如图所示.由牛顿第二定律有:
F-f=ma0①
N-mg=0②
又因为 f=μN③
由①②③可求得:μ=0.3
(2)由题意可知,在a-t图中,图线与t轴所围的面积为速度的增加量,
所以t=5s时物块的速度
(3)由图象可知,t=5s后,物块做匀速直线运动,物体所受的空气阻力不变,设此过程中物块所受空气阻力为F空,
由牛顿第二定律有:F-f-F空=0④
由②③④式可求得:F空=2N
答:(1)物块与水平面间的动摩擦因数为0.3.
(2)t=5s时物块速度的大小为5m/s.
(3)t=6s时空气阻力的大小为2N.
如图所示,一足够长的固定光滑斜面倾角θ=37°,两物块A、B的质量mA=1kg、mB=4kg.两物块之间的轻绳长L=0.5m,轻绳可承受的最大拉力为T=12N,对B施加一沿斜面向上的力 F,使A、B由静止开始一起向上运动,力F逐渐增大,g取10m/s2(sin37°=0.6,cos37°=0.8).
(1)若某一时刻轻绳被拉断,求此时外力F的大小;
(2)若轻绳拉断瞬间A、B的速度为3m/s,绳断后保持外力F不变,求当A运动到最高点时,A、B之间的距离.
正确答案
解:(1)对整体分析,根据牛顿第二定律得:
F-(mA+mB)gsinθ=(mA+mB)a
A物体:T-mAgsinθ=mAa
代入数据解得:F=60N
(2)设沿斜面向上为正,A物体:
-mAgsinθ=mAaA
解得:,
因为v0=3m/s,
所以A物体到最高点为:t==
=0.5 s
此过程A物体的位移为:,
B物体:F-mBgsinθ=mBaB
所以两者间距为:△x=xB-xA+L
代入数据解得:△x=2.375m
答:(1)此时外力F的大小为60N;
(2)A、B之间的距离为2.375m.
解析
解:(1)对整体分析,根据牛顿第二定律得:
F-(mA+mB)gsinθ=(mA+mB)a
A物体:T-mAgsinθ=mAa
代入数据解得:F=60N
(2)设沿斜面向上为正,A物体:
-mAgsinθ=mAaA
解得:,
因为v0=3m/s,
所以A物体到最高点为:t==
=0.5 s
此过程A物体的位移为:,
B物体:F-mBgsinθ=mBaB
所以两者间距为:△x=xB-xA+L
代入数据解得:△x=2.375m
答:(1)此时外力F的大小为60N;
(2)A、B之间的距离为2.375m.
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