- 牛顿第二定律
- 共12933题
我国自主研发制造的新型舰载机歼-31即将服役,某次飞行训练,飞行员乘坐在总质量m=2×104kg的训练飞机上,飞机以300m/s的速度沿30°倾角匀速爬升到8000m高空时,经过一小段圆弧调整后迅速向上拉起,沿竖直方向以v0=300m/s的初速度向上做匀减速直线运动,匀减速的加速度大小为g,当飞机到最高点后立即掉头向下,沿竖直方向以加速度g做加速运动,在这段时间内创造出完全失重的环境,当飞机离地2000m高时,为了安全必须拉起,之后又可一次次重复为飞行员提供失重训练,每次飞机速度到达450m/s后必须终止失重训练(否则飞机可能失控),求:(整个运动空间重力加速度g=10m/s2)
(1)飞机一次上下运动飞行员创造的完全失重的时间;
(2)若飞机飞行时所受的空气阻力f=kv2(k=0.5N•s2/m2),飞机从最高点下降到离地4500m时飞机发动机的推力.
正确答案
解:(1)上升时间t1==
=30 s
上升高度h1==4 500 m
竖直下落当速度达到450 m/s时,下落高度为:
h2==10125 m
此时离地高度△h=h+h1-h2=8000+4500-10125m=2375 m>2000 m
所以t2==45s
飞机一次上下为航天员创造的完全失重时间为t=t1+t2=30s+45s=75s
(2)飞机离地4500 m>2375 m时,仍处于完全失重状态,飞机自由下落的高度为
h2=4500m+8000 m-4500 m=8000 m
此时飞机的速度v2==400 m/s
由于飞机加速度为g,所以推力F推应与空气阻力大小相等
F推=F=kv22=0.5×4002 N=8×104 N
答:(1)飞机一次上下运动飞行员创造的完全失重的时间为75s;
(2)飞机从最高点下降到离地4500m时飞机发动机的推力为8×104 N.
解析
解:(1)上升时间t1==
=30 s
上升高度h1==4 500 m
竖直下落当速度达到450 m/s时,下落高度为:
h2==10125 m
此时离地高度△h=h+h1-h2=8000+4500-10125m=2375 m>2000 m
所以t2==45s
飞机一次上下为航天员创造的完全失重时间为t=t1+t2=30s+45s=75s
(2)飞机离地4500 m>2375 m时,仍处于完全失重状态,飞机自由下落的高度为
h2=4500m+8000 m-4500 m=8000 m
此时飞机的速度v2==400 m/s
由于飞机加速度为g,所以推力F推应与空气阻力大小相等
F推=F=kv22=0.5×4002 N=8×104 N
答:(1)飞机一次上下运动飞行员创造的完全失重的时间为75s;
(2)飞机从最高点下降到离地4500m时飞机发动机的推力为8×104 N.
如图所示,A、B两物体在同一直线上运动,当它们相距s=7m时,A在水平拉力和摩擦力的作用下,正以4m/s的速度向右做匀速运动,而物体B此时速度为10m/s,方向向右,它在摩擦力作用下做匀减速运动,加速度大小为2m/s2,则A追上B用的时间为( )
正确答案
解析
解:物体A做匀速直线运动,位移为:xA=vAt=4t
物体B做匀减速直线运动减速过程的位移为:=10t-t2
设速度减为零的时间为t1,有
在t1=5s的时间内,物体B的位移为xB1=25m,物体A的位移为xA1=20m,由于xA1<xB1+S,故物体A未追上物体B;
5s后,物体B静止不动,故物体A追上物体B的总时间为:=
故选:C.
质量m=1.5kg的物体,在水平恒力F=15N的作用下,从静止开始运动0.5s后撤去该力,物体继续滑行一段时间后停下来.已知物体与水平面的动摩擦因数为μ=0.2,g取10m/s2,求:
(1)恒力作用于物体时的加速度大小;
(2)撤去恒力后物体继续滑行的时间;
(3)物体从开始运动到停下来的总位移大小.
正确答案
解:(1)以m为研究对象,受力情况如图所示:设物体在恒力作用下的加速度为a1,
根据牛顿运动定律:=8m/s2.
(2)0.5s时的速度:v=a1t=8×0.5m/s=4m/s
撤去恒力后的加速度大小:,
则撤去恒力后物体继续滑行的时间:t′=.
(3)匀加速直线运动的位移:.
匀减速直线运动的位移:.
则总位移:x=x1+x2=1+4m=5m.
答:(1)恒力作用于物体时的加速度大小为8m/s2.
(2)撤去恒力后物体继续滑行的时间为2s.
(3)物体从开始运动到停下来的总位移大小为5m.
解析
解:(1)以m为研究对象,受力情况如图所示:设物体在恒力作用下的加速度为a1,
根据牛顿运动定律:=8m/s2.
(2)0.5s时的速度:v=a1t=8×0.5m/s=4m/s
撤去恒力后的加速度大小:,
则撤去恒力后物体继续滑行的时间:t′=.
(3)匀加速直线运动的位移:.
匀减速直线运动的位移:.
则总位移:x=x1+x2=1+4m=5m.
答:(1)恒力作用于物体时的加速度大小为8m/s2.
(2)撤去恒力后物体继续滑行的时间为2s.
(3)物体从开始运动到停下来的总位移大小为5m.
一物体沿斜面向上以12m/s的初速度开始滑动,它沿斜面向上以及沿斜面向下滑动的v-t图象如图所示,g取10m/s2,求斜面的倾角以及物体与斜面的动摩擦因数.
正确答案
解:由题图可知上滑过程的加速度a=
则:a上= m/s2=6 m/s2,
下滑过程的加速度a下= m/s2=4 m/s2
上滑过程和下滑过程对物体受力分析如图
上滑过程
a上==gsinθ+μgcosθ
下滑过程a下=gsinθ-μgcosθ,
联立解得θ=30°,μ=
答:斜面的倾角30°,物体与斜面间的动摩擦因数 μ=.
解析
解:由题图可知上滑过程的加速度a=
则:a上= m/s2=6 m/s2,
下滑过程的加速度a下= m/s2=4 m/s2
上滑过程和下滑过程对物体受力分析如图
上滑过程
a上==gsinθ+μgcosθ
下滑过程a下=gsinθ-μgcosθ,
联立解得θ=30°,μ=
答:斜面的倾角30°,物体与斜面间的动摩擦因数 μ=.
(2015秋•济宁期末)如图所示,物块A叠放在木板B上,且均处于静止状态,已知水平地面光滑,A、B间的动摩擦因数μ=0.2,现对A施加一水平向右的拉力F,测得B的加速度a与拉力F的关系如图乙所示,下列说法正确的是(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取g=10m/s2)( )
正确答案
解析
解:A、当A与B间的摩擦力达到最大静摩擦力后,A、B会发生相对滑动,由图可知,B的最大加速度为4m/s2,即拉力F>24N时,A相对B发生滑动,当F<24N时,A、B保持相对静止,一起做匀加速直线运动,故A错误,B正确.
C、对B,根据牛顿第二定律得,,对A,根据牛顿第二定律得,
=4m/s2,F=24N,解得mA=4kg,mB=2kg,故C正确,D错误.
故选:BC.
如图所示,一高度为h=0.8m粗糙的水平面在B点处与一倾角为θ=30°光滑的斜面BC连接,一小滑块从水平面上的A点以v0=3m/s的速度在粗糙的水平面上向右运动.运动到B点时小滑块恰能沿光滑斜面下滑.已知AB间的距离s=5m,求:
(1)小滑块与水平面间的动摩擦因数;
(2)小滑块从A点运动到地面所需的时间;
(3)若小滑块从水平面上的A点以v1=5m/s的速度在粗糙的水平面上向右运动,运动到B点时小滑块将做什么运动?并求出小滑块从A点运动到地面所需的时间.(取g=10m/s2).
正确答案
解:(1)小滑块运动到B点时速度恰为零,设小滑块在水平面上运动的加速度大小为a,
据牛顿第二定律可得 μmg=ma ①
由运动学公式得-v02=-2as②
解得 μ=0.09③
故小滑块与水平面间的动摩擦因数为0.09.
(2)小滑块运动到B点 t1==3.3s ④
在斜面上运动的加速度a=gsinθ,
运动的时间 t2=⑤
小滑块从A点运动到地面所需的时间为 t=t1+t2=4.1s ⑥
故小滑块从A点运动到地面所需的时间为4.1s.
(3)若小滑块从水平面上的A点以v1=5m/s的速度在粗糙的水平面上向右运动,运动到B点时的速度为,
由vB2-v12=-2as得vB==4m/s
小滑块将做平抛运动.
假设小滑块不会落到斜面上,则经过,由于水平运动的位移x=vBt3=1.67m>
=1.36m
所以假设正确.
小滑块从A点运动到地面所需的时间为t=s ⑨
故小滑块从A点运动到地面所需的时间为1.5s.
解析
解:(1)小滑块运动到B点时速度恰为零,设小滑块在水平面上运动的加速度大小为a,
据牛顿第二定律可得 μmg=ma ①
由运动学公式得-v02=-2as②
解得 μ=0.09③
故小滑块与水平面间的动摩擦因数为0.09.
(2)小滑块运动到B点 t1==3.3s ④
在斜面上运动的加速度a=gsinθ,
运动的时间 t2=⑤
小滑块从A点运动到地面所需的时间为 t=t1+t2=4.1s ⑥
故小滑块从A点运动到地面所需的时间为4.1s.
(3)若小滑块从水平面上的A点以v1=5m/s的速度在粗糙的水平面上向右运动,运动到B点时的速度为,
由vB2-v12=-2as得vB==4m/s
小滑块将做平抛运动.
假设小滑块不会落到斜面上,则经过,由于水平运动的位移x=vBt3=1.67m>
=1.36m
所以假设正确.
小滑块从A点运动到地面所需的时间为t=s ⑨
故小滑块从A点运动到地面所需的时间为1.5s.
如图所示,在倾角为θ的光滑斜面上端系有一劲度系数为k的轻质弹簧,弹簧下端连一个质量为m的小球,球被一垂直于斜面的挡板A挡住,此时弹簧没有形变.若挡板A以加速度a(a<gsinθ)沿斜面向下匀加速运动,问:
(1)小球向下运动多少距离时速度最大?
(2)从开始运动到小球与挡板分离所经历的时间为多少?
正确答案
解:(1)球和挡板分离后做加速度减小的加速运动,当加速度为零时,速度最大,此时物体所受合力为零.
即 kxm=mgsinθ,
解得 xm=.
所以速度最大时运动的距离为 .
(2)设球与挡板分离时位移为s,经历的时间为t,
从开始运动到分离的过程中,m受竖直向下的重力,垂直斜面向上的支持力FN,沿斜面向上的挡板支持力F1和弹簧弹力F.
根据牛顿第二定律有 mgsinθ-F-F1=ma,
F=kx.
随着x的增大,F增大,F1减小,保持a不变,
当m与挡板分离时,x增大到等于s,F1减小到零,则有:
mgsinθ-ks=ma,
又s=at2
联立解得 mgsinθ-k•at2=ma,
所以经历的时间为 t=.
解析
解:(1)球和挡板分离后做加速度减小的加速运动,当加速度为零时,速度最大,此时物体所受合力为零.
即 kxm=mgsinθ,
解得 xm=.
所以速度最大时运动的距离为 .
(2)设球与挡板分离时位移为s,经历的时间为t,
从开始运动到分离的过程中,m受竖直向下的重力,垂直斜面向上的支持力FN,沿斜面向上的挡板支持力F1和弹簧弹力F.
根据牛顿第二定律有 mgsinθ-F-F1=ma,
F=kx.
随着x的增大,F增大,F1减小,保持a不变,
当m与挡板分离时,x增大到等于s,F1减小到零,则有:
mgsinθ-ks=ma,
又s=at2
联立解得 mgsinθ-k•at2=ma,
所以经历的时间为 t=.
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,测的斜面的倾角为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:
木板固定时有:F1=mgsinθ…①
放手后,木板和小球沿斜面向下一起匀加速运动,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==
因为F2>0,是拉力,故弹簧依然伸长.
所以AC正确,B错误,D因为题中没有给出小球的质量故D不选.
故选:AC.
质量为200kg的物体,置于升降机内的台秤上,从静止开始上升.运动过程中台秤的示数F与时间t的关系如图所示,求升降机在7s钟内上升的高度(取g=lOm/s2)
正确答案
解:如图所示,作出的物体的速度一时间图象,O一2s
内物体向上的加速度
.
2s末速度v=at=5×2m/s=10m/s
2~5 s内作匀速运动
5-7 s内作匀减速运动,加速度
上升的总高度
h=m=50m.
答:升降机在7s钟内上升的高度为50m.
解析
解:如图所示,作出的物体的速度一时间图象,O一2s
内物体向上的加速度
.
2s末速度v=at=5×2m/s=10m/s
2~5 s内作匀速运动
5-7 s内作匀减速运动,加速度
上升的总高度
h=m=50m.
答:升降机在7s钟内上升的高度为50m.
如图所示,质量为5Kg的物体在与水平方向成37°角的拉力作用下在水平地面上向右运动,物体与地面间的动摩擦因数μ=0.5,F=30N.(cos37°=0.8,sin37°=0.6,g=10m/s2)
(1)求出拉力在水平和竖直方向的分力大小;
(2)物体在运动中受到摩擦力的大小;
(3)物体运动的加速度为多少?
正确答案
解:(1)将物体受到的拉力F沿水平方向与竖直方向分解,得:
F水平=Fcosθ=30×cos37°=24N
F竖直=Fsinθ=30×sin37°=18N
(2)受力分析如图所示.
在竖直方向有:N+Fsinθ=mg
又有:f=μN=16N
(3)由牛顿第二定律得:Fcosθ-f=ma
代入数据得:a=1.6m/s2,
(3)5s内的位移为:s=at2=
×6×(25-16)m=27m
答:(1)求出拉力在水平和竖直方向的分力大小分别为24N和18N;
(2)物体在运动中受到摩擦力的大小是16N;
(3)物体运动的加速度为1.6m/s2.
解析
解:(1)将物体受到的拉力F沿水平方向与竖直方向分解,得:
F水平=Fcosθ=30×cos37°=24N
F竖直=Fsinθ=30×sin37°=18N
(2)受力分析如图所示.
在竖直方向有:N+Fsinθ=mg
又有:f=μN=16N
(3)由牛顿第二定律得:Fcosθ-f=ma
代入数据得:a=1.6m/s2,
(3)5s内的位移为:s=at2=
×6×(25-16)m=27m
答:(1)求出拉力在水平和竖直方向的分力大小分别为24N和18N;
(2)物体在运动中受到摩擦力的大小是16N;
(3)物体运动的加速度为1.6m/s2.
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