- 牛顿第二定律
- 共12933题
如图所示,物块A、木板B的质量均为m=10kg,不计A的大小,B板长L=3m.开始时A、B均静止.现给A以2m/s的水平向右的初速度从B的左端开始运动,同时给A施加一个F=30N的水平向右的外力.已知A与B、B与地面之间的动摩擦因数分别为μ1=0.3和μ2=0.1.g取10m/s2.
(1)通过计算说明:物块A能不能滑离木板B?
(2)木板B滑行s=7m需要多少时间?
正确答案
解:(1)第一阶段:A受拉力F=μ1mg=0.3×100N=30N,A作匀速运动,B作匀加速运动.
设B加速度大小为 a1,
有:μ1mg-μ2(2mg)=ma1,代入数据解得,
假设A没有滑离B,当B的速度达到2m/s时,所用时间为t1
有:a1t1=2m/s,
解得t1=2s
此时sA=vt1=2×2m=4m
,
sA<sB+LB,假设成立,A不能滑离B.
(2)第二阶段:可以判断:A、B不会发生相对滑动,会一起作匀加速运动,设加速大小为a2:
F-μ2(2m)g=2ma2
代入数据解得,
此后A、B一起匀加速运动5m,所用时间为t2
5m=,
代入数据解得t2=2s
木板B滑行s=7m需要时间t=t1+t2=4s.
答:(1)物块A不能滑离B.
(2)木板B滑行s=7m需要4s.
解析
解:(1)第一阶段:A受拉力F=μ1mg=0.3×100N=30N,A作匀速运动,B作匀加速运动.
设B加速度大小为 a1,
有:μ1mg-μ2(2mg)=ma1,代入数据解得,
假设A没有滑离B,当B的速度达到2m/s时,所用时间为t1
有:a1t1=2m/s,
解得t1=2s
此时sA=vt1=2×2m=4m
,
sA<sB+LB,假设成立,A不能滑离B.
(2)第二阶段:可以判断:A、B不会发生相对滑动,会一起作匀加速运动,设加速大小为a2:
F-μ2(2m)g=2ma2
代入数据解得,
此后A、B一起匀加速运动5m,所用时间为t2
5m=,
代入数据解得t2=2s
木板B滑行s=7m需要时间t=t1+t2=4s.
答:(1)物块A不能滑离B.
(2)木板B滑行s=7m需要4s.
如图甲,一物体在t=0时刻以某一速度沿固定斜面下滑,物体运动到斜面底端与挡板碰撞时无机械能损失,其运动的v-t图象如图乙所示,已知重力加速度g=10m/s2,斜面的倾角θ=37°,sin37°=0.6,cos37°=0.8,求
(1)物体与斜面间的动摩擦因数μ.
(2)物体沿斜面上滑时的加速度大小a.
(3)物体能上滑的最大距离s.
正确答案
解:(1)物块向下做匀速直线运动,沿斜面的方向物块受到的摩擦力与重力沿斜面向下的分力大小相等,方向相反,则:
mgsinθ=μmgcosθ
所以:μ=tanθ=tan37°=0.75
(2)当物体向上运动时,摩擦力的方向沿斜面向下,重力的分力沿斜面向下,由牛顿第二定律得:
得,mgsinθ+μmgcosθ=ma,
代入数据解得:a=12m/s2.
(3)物体能上滑的最大距离s,则:
s=m.
答:(1)物块与杆之间的动摩擦因数μ为0.75;
(2)物体沿斜面上滑时的加速度大小12m/s2.
(3)物体能上滑的最大距离是1.5m.
解析
解:(1)物块向下做匀速直线运动,沿斜面的方向物块受到的摩擦力与重力沿斜面向下的分力大小相等,方向相反,则:
mgsinθ=μmgcosθ
所以:μ=tanθ=tan37°=0.75
(2)当物体向上运动时,摩擦力的方向沿斜面向下,重力的分力沿斜面向下,由牛顿第二定律得:
得,mgsinθ+μmgcosθ=ma,
代入数据解得:a=12m/s2.
(3)物体能上滑的最大距离s,则:
s=m.
答:(1)物块与杆之间的动摩擦因数μ为0.75;
(2)物体沿斜面上滑时的加速度大小12m/s2.
(3)物体能上滑的最大距离是1.5m.
如题图所示,A、B两个物体靠在一起,放在光滑水平面上,它们的质量分别为mA=3kg,mB=6Kg,今用水平力FA推A,用水平力FB拉B,FA和FB随时间变化关系是FA=9-2t(N),FB=3+2t(N).则从t=0到A、B脱离,它们的位移是______.
正确答案
m
解析
解:以A、B整体为对象:
FA+FB=(mA+mB)a
解得:a=m/s2
A、B脱离时,之间的弹力为零,对物体A,根据牛顿第二定律,有:
FA=mAa=4=9-2t
解得:t=2.5s
从t=0到A、B脱离时,整体做匀加速直线运动,根据位移时间关系公式,有:
x=at2=
×
×(2.5)2=
m
故答案为:m.
某物体从倾角30°,长为15m的斜面顶端匀速下滑,若保持斜面长度不变,将斜面倾角变为60°,则物体从斜面顶端由静止滑至底端所需的时间是______.
正确答案
3s
解析
解:根据共点力平衡得,mgsin30°=μmgcos30°,
解得,
根据牛顿第二定律得,加速度a==gsin60°-μgcos60°=
.
根据L=得,t=
.
故答案为:3s.
如图所示,质量m=2kg 的物体静止在水平地面上,物体与地面间的动摩擦因数μ=0.75.一个与水平方向成37°角斜向上、大小F=20N 的力拉物体,使物体匀加速运动,2s后撤去拉力.求物体在整个过程中发生的位移?(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)
正确答案
解:对物体受力分析并正交分解如图:
则:F1=Fsin37°=0.6F=12N,F2=Fcos37°=0.8F=16N
Y轴:N1+F1=G,可得:N1=G-F1=20-12=8N,又:f=μN1=0.75×8=6N
X轴:F2-f=ma,即:16-6=2×a,解得:a=5m/s2
加速阶段:由:x=得:x1=
=10m,此时速度v=at=5×2=10m/s
撤力后,受力分析如图:
f=μN=0.75×20=15N,所以:a=
由:0-102=2×(-7.5)×x2,解得:x2=
m
所以:物体在整个过程中发生的位移为:x=x1+x2=
答:物体在整个过程中发生的位移为.
解析
解:对物体受力分析并正交分解如图:
则:F1=Fsin37°=0.6F=12N,F2=Fcos37°=0.8F=16N
Y轴:N1+F1=G,可得:N1=G-F1=20-12=8N,又:f=μN1=0.75×8=6N
X轴:F2-f=ma,即:16-6=2×a,解得:a=5m/s2
加速阶段:由:x=得:x1=
=10m,此时速度v=at=5×2=10m/s
撤力后,受力分析如图:
f=μN=0.75×20=15N,所以:a=
由:0-102=2×(-7.5)×x2,解得:x2=
m
所以:物体在整个过程中发生的位移为:x=x1+x2=
答:物体在整个过程中发生的位移为.
(2015秋•金华期末)在研究摩擦力特点的实验中,将木块放在水平长木板上,如图甲所示,用力沿水平方向拉木块,拉力从0开始逐渐增大.用特殊的测力仪器测出拉力和摩擦力,并绘制出摩擦力Ff随拉力F变化的图象,如图乙所示.已知木块质量为2kg,取g=10m/s2.
(1)求木块与长木板间的动摩擦因数;
(2)若将实验中的长木板与水平方向成37°角放置,将木块置于其上,木块在平行于木板的恒力F作用下,从静止开始向上做匀变速直线运动,沿斜面向上运动4m,速度达到4m/s,求此拉力F的大小.(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
正确答案
解:由乙图象可知:Ff的最大值为5N,就是木块受到的最大静摩擦力,木块受到的滑动摩擦力大小为Ff=4N.
(1)设木块与木板间的动摩擦因数为μ,由图乙知木块受到的滑动摩擦力Ff=μFN=μmg=4 N,解得μ=0.2.
(2)设木块在斜面上的加速度为a,由v2=2ax解得a=2 m/s2
对木块受力分析如图所示,建立直角坐标系,由牛顿第二定律得
F-mgsinθ-Ff′=ma
FN′-mgcosθ=0
又F=μF
所以可以解得F=19.2 N.
答:(1)木块与长木板间的动摩擦因数μ=0.2
(2)拉力F的大小为19.2 N.
解析
解:由乙图象可知:Ff的最大值为5N,就是木块受到的最大静摩擦力,木块受到的滑动摩擦力大小为Ff=4N.
(1)设木块与木板间的动摩擦因数为μ,由图乙知木块受到的滑动摩擦力Ff=μFN=μmg=4 N,解得μ=0.2.
(2)设木块在斜面上的加速度为a,由v2=2ax解得a=2 m/s2
对木块受力分析如图所示,建立直角坐标系,由牛顿第二定律得
F-mgsinθ-Ff′=ma
FN′-mgcosθ=0
又F=μF
所以可以解得F=19.2 N.
答:(1)木块与长木板间的动摩擦因数μ=0.2
(2)拉力F的大小为19.2 N.
(2015秋•五华区校级期末)一个滑雪者,质量m=75kg,以2m/s的初速度沿山坡匀加速滑下,山坡的倾角为30°,在5s的时间内滑下的路程x=60m,求滑雪者受到的阻力(包括空气阻力和滑动摩擦力).
正确答案
解:根据x=得加速度为:a=
.
根据牛顿第二定律得:mgsin30°-f=ma,
解得:f=N=75N.
答:滑雪者受到的阻力为75N.
解析
解:根据x=得加速度为:a=
.
根据牛顿第二定律得:mgsin30°-f=ma,
解得:f=N=75N.
答:滑雪者受到的阻力为75N.
如图所示,固定不动的足够长斜面倾角θ=37°,一个物体以v0=12m/s的初速度,从斜面A点处开始自行沿斜面向上运动,加速度大小为a=8.0m/s2.
(g=10m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)求:
(1)物体沿斜面上升的最大距离
(2)画出物体沿斜面上升的受力分析图,求出物体与斜面间动摩擦因数
(3)据条件判断物体上升到最高点后能否返回?若能,求返回时的加速度.
正确答案
解:(1)上升过程,由
=2ax得:
上升的最大距离
x==
m=9m.
(2)物体上滑时受力情况如图甲所示.
则由牛顿第二定律得:
沿斜面方向上:mgsinθ+Ff=ma…①
垂直斜面方向上:mgcos θ-FN=0…②
又:Ff=μFN…③
由①②③式解得:μ=0.25.
(3)在最高点,因mgsinθ=0.6mg,最大静摩擦力 fm=μmgcosθ=0.25mg•0.8=0.2mg
故mgsinθ>fm,物体能下滑.
物体沿斜面下滑时受力情况如图乙所示
由牛顿第二定律得:
沿斜面方向上:mgsin θ-F′f=ma′
代入数据解得:a′=4 m/s2.
答:
(1)物体沿斜面上升的最大距离是9m.
(2)画出物体沿斜面上升的受力分析图如图,物体与斜面间动摩擦因数是0.25.
(3)物体上升到最高点后能返回,返回时的加速度大小为4 m/s2.
解析
解:(1)上升过程,由
=2ax得:
上升的最大距离
x==
m=9m.
(2)物体上滑时受力情况如图甲所示.
则由牛顿第二定律得:
沿斜面方向上:mgsinθ+Ff=ma…①
垂直斜面方向上:mgcos θ-FN=0…②
又:Ff=μFN…③
由①②③式解得:μ=0.25.
(3)在最高点,因mgsinθ=0.6mg,最大静摩擦力 fm=μmgcosθ=0.25mg•0.8=0.2mg
故mgsinθ>fm,物体能下滑.
物体沿斜面下滑时受力情况如图乙所示
由牛顿第二定律得:
沿斜面方向上:mgsin θ-F′f=ma′
代入数据解得:a′=4 m/s2.
答:
(1)物体沿斜面上升的最大距离是9m.
(2)画出物体沿斜面上升的受力分析图如图,物体与斜面间动摩擦因数是0.25.
(3)物体上升到最高点后能返回,返回时的加速度大小为4 m/s2.
如图所示,一块木板右端固定条形磁铁A,总质量2m.将质量m的条形磁铁B放在木板左端,与A磁铁N、S极相对,与木板间动摩擦因数为0.5.若使整个装置保持水平做自由落体运动,释放的瞬间磁铁B加速度为
,则AB之间的相互作用力大小为______;若B放回左端,将整个装置放在粗糙水平桌面上(动摩擦因数为0.5).给B向左的初速度,同时给木板和A向右的初速度,则此瞬间木板的加速度为______.
正确答案
解析
解:(1)以B为研究对象进行受力分析有如图所示:
由于整个装置处于自由落体运动中,故长木板对B没有支持力,由题意知物体B释放瞬间的加速度为,故物体所受合力:
,如图所示可知
F=
(2)装置放在粗糙的桌面上时,对B受力分析有:
B受到A的吸引力F由(1)分析得F=
,B受到的摩擦力:fB=μN=μmg
再以A和木板整体为研究对象进行受力分析有:
在竖直方向:N=NB+Mg=mg+2mg=3mg
水平方向:桌面的摩擦力:f=μN=μ3mg,
B对木板的摩擦力fB′=fB=μmg,磁铁B对A的吸引力F′=F=
所以整体水平方向所受合力:F合整=F′+f+fB′=
根据牛顿第二定律可得整体的加速度为:
=
故答案为:
如图,两个用轻线相连的位于光滑水平面上的物块m1和m2,质量都为1kg,拉力F1=10N,F2=6N与轻线沿同一水平直线.则在两个物块运动过程中,m1的加速度______,轻线的拉力______.
正确答案
a=2m/s2
F=8N
解析
解:对整体分析,加速度a=;
隔离对m1分析,根据牛顿第二定律得,F1-F=m1a,解得绳子的拉力F=F1-ma=10-1×2N=8N.
故答案为:a=2m/s2,F=8N.
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