- 牛顿第二定律
- 共12933题
如图所示,质量为m=1kg,长为L=3m的平板车,其上表面距离水平地面的高度为h=0.2m,以速度v0=5m/s向右做匀速直线运动,A、B是其左右两个端点.从某时刻起对平板车施加一个大小为4N的水平向左的恒力F,并同时将一个小球轻放在平板车上的P点(小球可视为质点,放在P点时相对于地面的速度为零),
.经过一段时间,小球从平板车左端的A点脱离平板车落到地面上.不计所有摩擦力,g取10m/s2.
求(1)小球从放到平板车上开始至落到地面所用的时间;
(2)小球落地瞬间,平板车的速度多大?
正确答案
解:
(1)车加速度 a==4m/s2
从开始到脱离平板车时间为t1,则:
v0t1-at12=
L
代入数值解得:
t1=0.5s
或 t1=-2.0s(舍去)
小球脱离小车做自由落体运动时间为t2:
h=gt22
代入值解得:
t2=0.2s
总时间:
t=t1+t2=0.7s
(2)小球落地瞬间平板车速度:v=v0-at=5-4×0.7=2.2m/s
答:
(1)小球从放到平板车上开始至落到地面所用的时间0.7s
(2)小球落地瞬间,平板车的速度为2.2m/s
解析
解:
(1)车加速度 a==4m/s2
从开始到脱离平板车时间为t1,则:
v0t1-at12=
L
代入数值解得:
t1=0.5s
或 t1=-2.0s(舍去)
小球脱离小车做自由落体运动时间为t2:
h=gt22
代入值解得:
t2=0.2s
总时间:
t=t1+t2=0.7s
(2)小球落地瞬间平板车速度:v=v0-at=5-4×0.7=2.2m/s
答:
(1)小球从放到平板车上开始至落到地面所用的时间0.7s
(2)小球落地瞬间,平板车的速度为2.2m/s
如图所示,质量为20kg的物体,沿水平面向右运动,它与水平面之间的动摩擦因数为0.1,同时还受到大小为10N的水平向右的力的作用,则该物体(g取10m/s2)( )
正确答案
解析
解:物体相对地面运动,故物体受到的滑动摩擦力,则摩擦力的大小f=μFN=μmg=20N;
滑动摩擦力的方向与相对运动方向相反,故摩擦力方向向左;
根据牛顿第二定律:F-f=ma
得:a==
=-0.5m/s2,方向向左;
故选:AD.
一质量为1kg的物块置于水平地面上,现用一个水平恒力F拉物块,一段时间后撤去恒力F,已知从物块开始运动到停止,经历的时间为4s,运动的位移为10
m,物块与地面间的动摩擦因数为
(g=10m/s2).
(1)求恒力F的大小;
(2)若力F的大小可调节,其与竖直方向的夹角为θ也可以调节,如图所示,其他条件不变,若在力F作用下物块匀速运动,求力F的最小值及此时θ的大小.
正确答案
解:(1)根据匀变速直线运动平均速度的推论知,x=vt
解得匀加速运动的末速度v=5 m/s
匀减速阶段a2=μg= m/s2
时间t2=1.5s
则匀加速阶段的时间t1=(4-1.5)s=2.5s
则加速阶段a1==2
m/s2
由F-μmg=ma1
代入数据解得F= N.
(2)由匀速可知,根据平衡有:Fsin θ=μ(mg-Fcos θ)
得F==
tan φ0=μ= φ0=30°
当θ=60°时,Fmin=5N.
答:(1)恒力F的大小为 N.
(2)力F的最小值为5N,此时θ的大小为60°.
解析
解:(1)根据匀变速直线运动平均速度的推论知,x=vt
解得匀加速运动的末速度v=5 m/s
匀减速阶段a2=μg= m/s2
时间t2=1.5s
则匀加速阶段的时间t1=(4-1.5)s=2.5s
则加速阶段a1==2
m/s2
由F-μmg=ma1
代入数据解得F= N.
(2)由匀速可知,根据平衡有:Fsin θ=μ(mg-Fcos θ)
得F==
tan φ0=μ= φ0=30°
当θ=60°时,Fmin=5N.
答:(1)恒力F的大小为 N.
(2)力F的最小值为5N,此时θ的大小为60°.
在固定的水平长木板上,一物块以某一初速开始滑动,经一段时间t1后停止,现将该木板改置成倾角为45°的斜面,让物块以相同初速沿木板上滑,物块与木板之间的动摩擦因数为μ,则物块上滑到最高位置所需时间t1与t2之比为( )
正确答案
解析
解:木板水平时,物块的合力是滑动摩擦力.根据牛顿第二定律得出:
小物块的加速度a1=μg,
设滑行初速度为v0,则滑行时间为t1=;
木板改置成倾角为45°的斜面后,对物块进行受力分析:
小滑块的合力F合=mgsin45°+f=mgsin45°+μmgcos45°
小物块上滑的加速度a2==
,
滑行时间t2=
因此
故选:A.
城市中为了解决交通问题,修建了许多立交桥,如图所示,桥面为圆弧形的立交桥AB,横跨在水平路面上,长为L=200m,桥高h=20m.可以认为桥的两端A、B与水平路面的连接处的平滑的.一辆汽车的质量m=1040kg的小汽车冲上圆弧形的立交桥,到达桥顶时的速度为15m/s.试计算:(g取10m/s2)
(1)小汽车在桥顶处对桥面的压力的大小.
(2)若小车在桥顶处的速度为v2=10m/s时,小车如何运动.
正确答案
解:(1)由几何关系得:
得:桥面圆弧半径R=260m
以汽车为研究对象,由牛顿第二定律得:
得:FN=9500N
由牛顿第三定律得车对桥面的压力为:FN′=FN=9500N
(2)假设在桥顶压力为零,则有:
解得:
而
此时车对桥面没有压力,所以车做平抛运动.
答:
(1)小汽车在桥顶处对桥面的压力的大小为9500N.
(2)若小车在桥顶处的速度为时,小车做平抛运动.
解析
解:(1)由几何关系得:
得:桥面圆弧半径R=260m
以汽车为研究对象,由牛顿第二定律得:
得:FN=9500N
由牛顿第三定律得车对桥面的压力为:FN′=FN=9500N
(2)假设在桥顶压力为零,则有:
解得:
而
此时车对桥面没有压力,所以车做平抛运动.
答:
(1)小汽车在桥顶处对桥面的压力的大小为9500N.
(2)若小车在桥顶处的速度为时,小车做平抛运动.
如图所示,长2m,质量为1kg的木板静止在光滑水平面上,一木块质量也为1kg(可视为质点),与木板之间的动摩擦因数为0.2.要使木块在木板上从左端滑向右端而不至滑落,则木块初速度的最大值为( )
正确答案
解析
解:根据动量守恒定律得,mv0=(M+m)v
根据能量守恒定律得:
fl=
f=μmg
代入数据,解得v0=4m/s.
故选D.
如图所示,质量分别为2m和m的两物块A、B,静止叠放在水平地面上,A、B间的动摩擦因数为2μ,B与地面间的动摩擦因数为μ,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,A、B的接触面水平且B足够长,重力加速度为g.现对物块A施加一水平拉力F=7.5μmg,则物块B的加速度为( )
正确答案
解析
解:假设A、B未发生相对滑动,对整体分析,根据牛顿第二定律得,,
隔离对A分析,F-f=2ma得,f=F-2ma=4.5μmg>2μ×2mg=4μmg,可知A、B发生相对滑动.
隔离对B分析,根据牛顿第二定律得,.
故选:A.
如图,在倾角为α的固定光滑斜面上,有一用绳子栓着的长木板,木板上站着一只猫.已知木板的质量是猫的质量的2倍.当绳子突然断开时,猫立即沿着板向上跑,以保持其相对斜面的位置不变.则此时木板沿斜面下滑的加速度为( )
正确答案
解析
解:木板沿斜面加速下滑时,猫保持相对斜面的位置不变,即相对斜面静止,加速度为零.将木板和猫作为整体,
根据牛顿第二定律F合=F猫+F木板=0+2ma(a为木板的加速度),
整体受到的合力的大小为猫和木板沿斜面方向的分力的大小,
即F合=3mgsinα,解得a=gsinα,所以C正确.
故选C.
长木板质量M=2kg,长L=5m,静置于光滑水平地面上.一个质量m=1kg的物块,以v0=10m/s初速度冲上长木板的同时,对长木板施加一水平向右的推力.已知物块与长木板之间的动摩擦因数μ=0.6,求:
(1)推力F满足什么条件时,物块可以从长木板右端滑出?
(2)推力F满足什么条件时,物块可以从长木板左端滑出?
正确答案
解:由牛顿第二定律可知,物块的加速度:a==μg=6m/s2;
(1)木块做匀减速直线运动,木板做匀加速直线运动,当推力减小时木块可以从右端滑出,当木块恰好从右端滑出时,木块与木板的位移之差等于木板的长度,则:
v0t-at2-
a木板t2=L,
对木板,由牛顿第二定律得:a木板=,v0-at=a木板t,
解得:F=2N,当F≤2N时物块可以从右端滑出;
(2)如果推论比较大,物块冲上木板且物块与木板速度相等后,如果板向前的加速度大于物块向前的加速度,物块将会从左端滑落,此时物块受到的摩擦力的方向向前,大小:f=μmg=0.6×1×10=6N,
木板向前的加速度要大于木板的加速度:2m/s2,对木板,由牛顿第二定律得:F-f=Ma木板>Ma,
则:F>Ma+f=2×6+6=18N;
答:(1)推力F满足条件:F≤2N时,物块可以从长木板右端滑出;
(2)推力F满足条件:F>18N时,物块可以从长木板左端滑出.
解析
解:由牛顿第二定律可知,物块的加速度:a==μg=6m/s2;
(1)木块做匀减速直线运动,木板做匀加速直线运动,当推力减小时木块可以从右端滑出,当木块恰好从右端滑出时,木块与木板的位移之差等于木板的长度,则:
v0t-at2-
a木板t2=L,
对木板,由牛顿第二定律得:a木板=,v0-at=a木板t,
解得:F=2N,当F≤2N时物块可以从右端滑出;
(2)如果推论比较大,物块冲上木板且物块与木板速度相等后,如果板向前的加速度大于物块向前的加速度,物块将会从左端滑落,此时物块受到的摩擦力的方向向前,大小:f=μmg=0.6×1×10=6N,
木板向前的加速度要大于木板的加速度:2m/s2,对木板,由牛顿第二定律得:F-f=Ma木板>Ma,
则:F>Ma+f=2×6+6=18N;
答:(1)推力F满足条件:F≤2N时,物块可以从长木板右端滑出;
(2)推力F满足条件:F>18N时,物块可以从长木板左端滑出.
如图所示,一物体以初速度v冲上倾角为37°斜面,最后又沿斜面下滑回原位置,已知物体冲上斜面和滑下到最初位置所用的时间之比为1:
,则物体与斜面间的动摩擦因数为______.
正确答案
0.25
解析
解:向上运动时的加速度大小为:
向下滑时的加速度大小为
设上滑的位移为x,则有:
上滑时x=①,
下滑时x=②
又因为③
由①②③解得:μ=0.25
故答案为:0.25
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