- 牛顿第二定律
- 共12933题
如图所示,水平恒力F作用在质量为M的箱子上,箱内有质量为m的物体,m与M之间,M与地间均光滑,在m与箱后壁碰撞前,m的运动状态为______,箱的加速度为______.
正确答案
静止或匀速直线运动
解析
解:m受重力和支持力,两个力处于平衡,所以m的运动状态为静止或匀速直线运动.
对箱子分析,根据牛顿第二定律得,a=.
故答案为:静止或匀速直线运动,.
如图甲所示,倾角为30°的光滑斜面固定于水平地面上,垂直于斜面的挡板固定于斜面底端.轻质弹簧的下端固定在挡板上,上端拴接小物体A,质量相同的小物体B紧靠A但不粘连,初始时都处于静止状态,现用沿斜面向上的拉力F作用在物体B上,使物体B开始向上做匀加速直线运动,已知拉力F随物体A运动位移x的关系如图乙所示(g=10m/s2)则下列结论正确的是( )
正确答案
解析
解:当A的位移为0时,F=6N,对A、B整体分析,此时合力F合=F=6N,则加速度为:a=,
当位移x=1.4cm时,A、B间的作用力为零,B的加速度为:a=,
联立解得m=2kg,a=1.5m/s2,故B、C正确.
A、B分离时,A、B的作用力为零,对A分析,,解得弹簧的弹力F弹=13N.弹簧不是处于原长状态,故A错误.
开始弹簧的弹力为:F弹′=2mgsin30°=20N,
根据胡克定律得:,故D错误.
故选:BC.
如图所示,一根长L=1.5m的光滑绝缘细直杆MN,竖直固定在场强为E=1.0×105N/C、与水平方向成θ=30°角的倾斜向上的匀强电场中.杆的下端M固定一个带电小球A,电荷量Q=+4.5×10-6C;另一带电小球B穿在杆上可自由滑动,电荷量q=+1.0×10-6C,质量m=1.0×10-2kg.现将小球B从杆的上端N静止释放,小球B开始运动(静电力常量k=9.0×109N•m2/C2,取g=10m/s2)
(1)小球B开始运动时的加速度为多大?
(2)小球B的速度最大时,距M端的高度h1为多大?
正确答案
解:(1)开始运动时小球B受重力、库仑力、杆的弹力和电场力,沿杆方向运动,
由牛顿第二定律得
代入数据解得a=3.2 m/s2.
(2)小球B向下运动,受A的斥力增大,加速度减小,速度增大,
当小球B速度最大时合力减为零,
即
代入数据解得:h1=0.9m
答:(1)小球B开始运动时的加速度为3.2 m/s2;
(2)小球B的速度最大时,距M端的高度h1为0.9m.
解析
解:(1)开始运动时小球B受重力、库仑力、杆的弹力和电场力,沿杆方向运动,
由牛顿第二定律得
代入数据解得a=3.2 m/s2.
(2)小球B向下运动,受A的斥力增大,加速度减小,速度增大,
当小球B速度最大时合力减为零,
即
代入数据解得:h1=0.9m
答:(1)小球B开始运动时的加速度为3.2 m/s2;
(2)小球B的速度最大时,距M端的高度h1为0.9m.
我国道路安全部门规定:在高速公路上行驶的汽车的最高速度不得超过120km/h.交通部门提供下列资料.
资料一:驾驶员的反应时间为0.3s~0.6s
资料二:各种路面与轮胎之间的动摩擦因数如表所示.
根据以上资料,通过计算判断,汽车行驶在高速公路上时,两车间的安全距离最接近( )
正确答案
解析
解:汽车的最高速度为v=120km/h=33.3m/s.
在反应时间内,汽车仍做匀速直线运动,通过的最大距离为x1=vt=33.3×0.6m=20m
在汽车刹车的过程,根据动能定理得
-μmgx2=0-mv2
得:x2=,
则总位移大小为x=x1+x2=193m,接近200m.
故ACD错误,B正确;
故选:B.
如图所示,轻线一端系一质量为m的小球,另一端穿过光滑小孔套在正下方的图钉A上,此时小球在光滑的水平平台上做半径为a、角速度为ω的匀速圆周运动.现拔掉图钉A让小球飞出,此后细绳又被A正上方距A高为h的图钉B套住,达稳定后,小球又在平台上做匀速圆周运动.求:
(1)图钉A拔掉前,轻线对小球的拉力大小,
(2)从拔掉图钉A到被图钉B套住前小球做什么运动?所用的时间为多少?
(3)小球最后做圆周运动的角速度.
正确答案
解:(1)拔掉A图钉前,轻线的拉力为小球做圆周运动的向心力,设其大小为T,则由牛顿第二定律得:
T=mω2a
(2)拔掉A图钉小球沿切线方向匀速直线运动,直到线环B被图钉套住,小球的速度:v=ωa
小球的运动情况如图所示,则小球匀速运动的位移为:
x==
则运动时间:t==
(3)v可分解为切向速度v1和法向速度v2,绳被拉紧后v2=0,小球以速度v1做匀速圆周运动,
半径:r=a+h
由于:v1=v=
ω
解得:ω==
答:(1)图钉A拔掉前,轻线对小球的拉力大小为mω2a;
(2)从拔掉图钉A到被图钉B套住前小球沿切线方向做匀速直线运动,所用的时间为;
(3)小球最后做圆周运动的角速度为.
解析
解:(1)拔掉A图钉前,轻线的拉力为小球做圆周运动的向心力,设其大小为T,则由牛顿第二定律得:
T=mω2a
(2)拔掉A图钉小球沿切线方向匀速直线运动,直到线环B被图钉套住,小球的速度:v=ωa
小球的运动情况如图所示,则小球匀速运动的位移为:
x==
则运动时间:t==
(3)v可分解为切向速度v1和法向速度v2,绳被拉紧后v2=0,小球以速度v1做匀速圆周运动,
半径:r=a+h
由于:v1=v=
ω
解得:ω==
答:(1)图钉A拔掉前,轻线对小球的拉力大小为mω2a;
(2)从拔掉图钉A到被图钉B套住前小球沿切线方向做匀速直线运动,所用的时间为;
(3)小球最后做圆周运动的角速度为.
如图所示,可视为质点的A、B两物体置于静止不计厚度的纸带上,纸带的左端与A物块的间距以及A、B之间的间距均为d=0.5m,两物体与纸带间的动摩擦因数均为μ1=0.1,质点A、B与地面间的动摩擦因数为μ2=0.2,现以恒定的加速度a=2m/s2向右水平拉动纸带,重力加速度g=10m/s2,求:两物体A、B最终停在地面上的距离.
正确答案
解:物体A、B在纸面和地面上的加速度:μ1mg=ma1;μ2mg=ma2
解得:;
A从纸面上掉下的时间:;解得:t1=1s
同理B从纸面上掉下的时间:;解 得:
A从纸面上掉下的速度:v1=a1t1=1m/s;
A在地面上滑行的位移:
B从纸面上掉下的速度:
B在地面上滑行的位移:
A从纸面上掉下前,纸带的位移:
B从纸面上掉下前,纸带的位移:
物体A、B停在地面上的距离:△x=(x2-x1)+(s2-s1)=1.25m
答:物体A、B最终停在地面上的距离为1.25m
解析
解:物体A、B在纸面和地面上的加速度:μ1mg=ma1;μ2mg=ma2
解得:;
A从纸面上掉下的时间:;解得:t1=1s
同理B从纸面上掉下的时间:;解 得:
A从纸面上掉下的速度:v1=a1t1=1m/s;
A在地面上滑行的位移:
B从纸面上掉下的速度:
B在地面上滑行的位移:
A从纸面上掉下前,纸带的位移:
B从纸面上掉下前,纸带的位移:
物体A、B停在地面上的距离:△x=(x2-x1)+(s2-s1)=1.25m
答:物体A、B最终停在地面上的距离为1.25m
如图所示,两套完全相同的小物块和轨道系统,轨道固定在水平桌面上.物块质量m=1kg,轨道长度l=2m,物块与轨道之间的动摩擦因数μ=0.20.现用水平拉力F1=6N、F2=4N同时拉两个物块,分别作用一段距离后撤去,使两物块都能从静止出发,运动到轨道另一端时恰好停止.(g=10m/s2)求:
(1)在F1作用下的小物块加速度a1多大?
(2)F1需要作用多长时间?
(3)从两物块运动时开始计时直到都停止,除了物块在轨道两端速度都为零之外,另有某时刻t两物块速度相同,则t为多少?
正确答案
解:(1)根据牛顿第二定律得 F1-μmg=ma1
解得:a1=6m/s2
(2)物块1先加速后减速,减速运动的加速度大小为
a0=μg=0.2×10=2m/s2;
从静止开始运动达到最大速度的时间为t1,则由位移公式可得:
解得
(3)F2作用下的物块,有
F2-μmg=ma2
解得:a2=2m/s2
两物块速度相同时,一定在上方物块减速阶段
上方物块最大速度m/s=2.45m/s
a2t=v-a′(t-)
得t=0.816s
答:
(1)在F1作用下的小物块加速度a1为6m/s2.
(2)F1需要作用时间为s
(3)两物块速度相同的时刻t为0.816s.
解析
解:(1)根据牛顿第二定律得 F1-μmg=ma1
解得:a1=6m/s2
(2)物块1先加速后减速,减速运动的加速度大小为
a0=μg=0.2×10=2m/s2;
从静止开始运动达到最大速度的时间为t1,则由位移公式可得:
解得
(3)F2作用下的物块,有
F2-μmg=ma2
解得:a2=2m/s2
两物块速度相同时,一定在上方物块减速阶段
上方物块最大速度m/s=2.45m/s
a2t=v-a′(t-)
得t=0.816s
答:
(1)在F1作用下的小物块加速度a1为6m/s2.
(2)F1需要作用时间为s
(3)两物块速度相同的时刻t为0.816s.
如图甲所示,质量m=2kg的物体在水平面上向右做直线运动.过a点时给物体作用一个水平向左的恒力F并开始计时,选水平向右为速度的正方向,通过速度传感器测出物体的瞬时速度,所得v-t图象如图乙所示.取重力加速度为g=10m/s2.求:
(1)物体在0-4s内和4-10s内的加速度的大小和方向
(2)力F的大小和物体与水平面间的动摩擦因数μ
(3)10s末物体离a点的距离
(4)10s后撤去拉力F,求物体再过15s离a点的距离
正确答案
解:(1)设物体向右做匀减速直线运动的加速度为a1,则由v-t图得:
加速度大小a1=2 m/s2 方向与初速度方向相反 ①
设物体向左做匀加速直线运动的加速度为a2,则由v-t图得:
加速度大小a2=1m/s2 方向与初速度方向相反 ②
(2)根据牛顿第二定律,有
F+μmg=ma1 ③
F-μmg=ma2 ④
解①②③④得:
F=3N
μ=0.05
(3)设10s末物体离a点的距离为d,d应为v-t图与横轴所围的面积
则:,负号表示物体在a点以左;
(4)设撤去拉力F后做匀减速直线运动的加速度大小为a3
根据牛顿第二定律,有:μmg=ma3 得:
由vt=v0+at可得:
物体减速到零的时间t=12s
物体在15s内的位移
物体在15s后离a点的距离d′=d+s=38m
答:(1)物体在0-4s内的加速度的大小为2 m/s2,方向与初速度方向相反;方向,物体在4-10s内的加速度的大小为1m/s2,方向方向与初速度方向相反;
(2)力F的大小为3N,物体与水平面间的动摩擦因数μ为0.05;
(3)10s末物体离a点的距离为2m;
(4)10s后撤去拉力F,物体再过15s离a点的距离为38m.
解析
解:(1)设物体向右做匀减速直线运动的加速度为a1,则由v-t图得:
加速度大小a1=2 m/s2 方向与初速度方向相反 ①
设物体向左做匀加速直线运动的加速度为a2,则由v-t图得:
加速度大小a2=1m/s2 方向与初速度方向相反 ②
(2)根据牛顿第二定律,有
F+μmg=ma1 ③
F-μmg=ma2 ④
解①②③④得:
F=3N
μ=0.05
(3)设10s末物体离a点的距离为d,d应为v-t图与横轴所围的面积
则:,负号表示物体在a点以左;
(4)设撤去拉力F后做匀减速直线运动的加速度大小为a3
根据牛顿第二定律,有:μmg=ma3 得:
由vt=v0+at可得:
物体减速到零的时间t=12s
物体在15s内的位移
物体在15s后离a点的距离d′=d+s=38m
答:(1)物体在0-4s内的加速度的大小为2 m/s2,方向与初速度方向相反;方向,物体在4-10s内的加速度的大小为1m/s2,方向方向与初速度方向相反;
(2)力F的大小为3N,物体与水平面间的动摩擦因数μ为0.05;
(3)10s末物体离a点的距离为2m;
(4)10s后撤去拉力F,物体再过15s离a点的距离为38m.
如图所示,木板与水平地面间的夹角θ可以随意改变,当θ=30°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v0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,重力加速度为g.
(1)求小木块与木板间的动摩擦因数;
(2)当θ=60°角时,小木块沿木板向上滑行的距离;
(3)当θ=60°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=30°时,对木块受力分析得:
mgsinθ=μFN…①
FN=mgcosθ…②
联立①②得:μ=tanθ=tan30°=
(2)当小木块向上运动时,小木块的加速度为a,则:
mgsin θ+μmgcosθ=ma
小木块的位移为x:
则:
θ=60°
=
(3)当小木块向上运动时,小木块的加速度为a1,则:
mgsin θ+μmgcos θ=ma1
当小木块向下运动时,小木块的加速度为a2,则:
mgsin θ-μmgcos θ=ma2
解得:
a2=
由得:
故:
答:(1)小木块与木板间的动摩擦因数为;
(2)当θ=60°角时,小木块沿木板向上滑行的距离为;
(3)当θ=60°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=30°时,对木块受力分析得:
mgsinθ=μFN…①
FN=mgcosθ…②
联立①②得:μ=tanθ=tan30°=
(2)当小木块向上运动时,小木块的加速度为a,则:
mgsin θ+μmgcosθ=ma
小木块的位移为x:
则:
θ=60°
=
(3)当小木块向上运动时,小木块的加速度为a1,则:
mgsin θ+μmgcos θ=ma1
当小木块向下运动时,小木块的加速度为a2,则:
mgsin θ-μmgcos θ=ma2
解得:
a2=
由得:
故:
答:(1)小木块与木板间的动摩擦因数为;
(2)当θ=60°角时,小木块沿木板向上滑行的距离为;
(3)当θ=60°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.
如图所示,ab、cd是竖直面内两根固定的光滑细杆,ab、cd两端位于相切的两个竖直圆周上.每根杆上都套着一个小滑环(图中未画出),两个滑环分别从a、c处释放(初速度为零),用t1、t2依次表示滑环从a到b和从c到d所用的时间,则( )
正确答案
解析
解:设轨道与竖直方向的倾角为θ,根据几何关系得,轨道的长度L=(2R1+2R2)cosθ,加速度:
a==gcosθ,根据L=
at2得,t=
,与倾角无关,则t1=t2.
故选:C.
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