- 牛顿第二定律
- 共448题
某同学设计了一个加速度计,如图所示.较重的滑块2可以在光滑的框架1中平移,滑块两侧用弹簧3拉着;R为滑动变阻器,4是滑动片,它与电阻器任一端间的电阻值都与它到这端的距离成正比.这个装置实际上是一个加速度传感器.工作时将框架固定在被测物体上,使弹簧及电阻R均与物体的运动方向平行。当被测物体加速运动时,滑块将在弹簧的作用下,以同样的加速度运动。通过电路中仪表的读数,可以得知加速度的大小。
已知两个电池E的电动势相同,均为9V,内阻可以忽略不计;滑块的质量为0.6kg,两弹簧的劲度系数均为,电阻器的全长9.0cm,被测物体可能达到的最大加速度为
(此时弹簧仍为弹性形变),电压表为指针式直流电压表(可视为理想电压表),零刻度在表盘中央(即可显示正负电压),当P端的电势高于Q端时,指针向零点右侧偏转。当被测物体的加速度为零时,电压表的示数为零;当被测物体的加速度达到最大时,电压表的示数为满偏量程。
(1)当加速度为零时,应将滑动片调到距电阻器左端 cm处;
(2)当物体具有图示方向的加速度a时,电压表的指针将向零点 (填“左”、“右”)侧偏转。
(3)所给电压表量程为 V
(4)若将电压表的表盘换成直接表示加速度大小及方向的刻度盘,则表盘的刻度 (填“均匀”、“非均匀”)分布。
正确答案
(1)4.5
(2)左
(3)6
(4)均匀
解析
略
知识点
8.如图甲所示,物体受到水平推力F的作用,在粗糙水平面上做直线运动.通过力传感器和速度传感器监测到推力F和物体速度v随时间t变化的规律如图乙所示.重力加速度g=10 m/s2. 则()
正确答案
解析
A、由速度时间图线知,在2-3s内,物体做匀速直线运动,可知推力等于摩擦力,可知f=2N,
在1-2s内,物体做匀加速直线运动,由速度时间图线知,a=m/s2=2m/s2,根据牛顿第二定律得,F2-f=ma,代入数据解得m=0.5kg,故A正确.
B、物体与水平面间的动摩擦因数μ==
=0.4,故B错误.
C、第2s内的位移x2=×2×1m=1m,则物体克服摩擦力做功W=fx2=2×1J=2J,故C正确.
D、前2s内位移x=x2=1m,则推力F做功的大小WF=F2x2=3×1J=3J,则平均功率=
=
W=1.5W,故D正确.
考查方向
解题思路
根据速度时间图线和F-t图线,得出匀速直线运动时的推力,从而得出摩擦力的大小.根据速度时间图线求出匀加速直线运动的加速度,结合牛顿第二定律求出物体的质量.结合摩擦力的大小,运用滑动摩擦力的公式求出动摩擦因数的大小.根据图线围成的面积求出位移,从而求出克服摩擦力做功的大小.结合平均功率的公式求出前2s内的平均功率.
易错点
考查了速度时间图线与F-t图线的综合运用,通过速度时间图线得出物体的运动规律是解决问题的关键,知道速度时间图线的斜率表示加速度,图线与时间轴围成的面积表示位移.
知识点
5.如图所示为一滑草场。某条滑道由上下两段高均为h,与水平面倾角分别为45°和37°的滑道组成,滑草车与草地之间的动摩擦因数为。质量为m的载人滑草车从坡顶由静止开始自由下滑,经过上、下两段滑道后,最后恰好静止于滑道的底端(不计滑草车在两段滑道交接处的能量损失,
)。则
A.动摩擦因数
B.载人滑草车最大速度为
C.载人滑草车克服摩擦力做功为mgh
D.载人滑草车在下段滑道上的加速度大小为
正确答案
AB
知识点
4.如图,顶端固定着小球的直杆固定在小车上,当小车向右做匀加速运动时,球所受合外力的方向沿图中的( )
正确答案
知识点
如图所示,竖直平面内有一半径为r、电阻为R1、粗细均匀的光滑半圆形金属环,在M、N处与距离为2r、电阻不计的平行光滑金属导轨ME、NF相接,EF之间接有电阻R2,已知R1=12R,R2=4R。在MN上方及CD下方有水平方向的匀强磁场I和II,磁感应强度大小均为B。现有质量为m、电阻不计的导体棒ab,从半圆环的最高点A处由静止下落,在下落过程中导体棒始终保持水平,与半圆形金属环及轨道接触良好,设平行导轨足够长。已知导体棒下落r/2时的速度大小为v1,下落到MN处时的速度大小为v2。
17.求导体棒ab从A处下落时的加速度大小;
18.若导体棒ab进入磁场II后棒中电流大小始终不变,求磁场I和II这间的距离h和R2上的电功率P2;
19.若将磁场II的CD边界略微下移,导体棒ab进入磁场II时的速度大小为v3,要使其在外力F作用下做匀加速直线运动,加速度大小为a,求所加外力F随时间变化的关系式。
正确答案
(1)
解析
(1)以导体棒为研究对象,棒在磁场I中切割磁感线,棒中产生感应电动势,导体棒ab从A下落r/2时,导体棒在重力与安培力作用下做加速运动,由牛顿第二定律,得
式中 由各式可得到
考查方向
解题思路
(1)导体棒受到重力和安培力的作用,注意此时导体棒的有效切割长度和外电路的串并联情况.
易错点
考查了关于电磁感应的复杂问题,对于这类问题一定要做好电流、安培力、运动情况、功能关系这四个方面的问题分析.
正确答案
解析
(2)当导体棒ab通过磁场II时,若安培力恰好等于重力,棒中电流大小始终不变,即
式中
解得
导体棒从MN到CD做加速度为g的匀加速直线运动,
有得
此时导体棒重力的功率为
根据能量守恒定律,此时导体棒重力的功率全部转化为电路中的电功率,即
所以,
考查方向
解题思路
(2)导体棒ab进入磁场II后棒中电流大小始终不变,说明导体棒匀速运动,导体棒在下落h的过程中做匀变速直线运动,根据运动规律可求出下落距离h,根据并联电路可知R2上消耗的功率占整个电路的,总电功率等于导体棒重力功率.
易错点
考查了关于电磁感应的复杂问题,对于这类问题一定要做好电流、安培力、运动情况、功能关系这四个方面的问题分析.
正确答案
(3)
解析
(3)设导体棒ab进入磁场II后经过时间t的速度大小为,
此时安培力大小为
由于导体棒ab做匀加速直线运动,
有 根据牛顿第二定律,有
即:
由以上各式解得
考查方向
解题思路
(3)正确进行受力分析,注意安培力的表达式,然后根据牛顿第二定律求解即可
易错点
考查了关于电磁感应的复杂问题,对于这类问题一定要做好电流、安培力、运动情况、功能关系这四个方面的问题分析.
3.如图,光滑圆轨道固定在竖直面内,一质量为m的小球沿轨道做完整的圆周运动。已知小球在最低点时对轨道的压力大小为N1,在高点时对轨道的压力大小为N2.重力加速度大小为g,则N1–N2的值为
正确答案
知识点
19. 如图所示,半径R=2.5m的竖直半圆光滑轨道在B点与水平面平滑连接,一个质量m=0.50kg的小滑块(可视为质点)静止在A点。一瞬时冲量使滑块以一定的初速度从A点开始运动, 经B点进入圆轨道,沿圆轨道运动到最高点C,并从C点水平飞出,落在水平面上的D点。经测量,D、B间的距离s1=10m,A、B间的距离s2=15m,滑块与水平面的动摩擦因数µ=0.20, 重力加速度g =10m/s2。
求:
(1)滑块通过C点时的速度大小;
(2)滑块刚进入圆轨道时,在B点轨道对滑块的弹力;
(3)滑块在A点受到的瞬时冲量大小。
正确答案
解:(1)设滑块从C点飞出时的速度为vc,从C点运动到D点时间为t
滑块从C点飞出后,做平抛运动,竖直方向:2R=gt2
水平方向:s1=vCt
解得:vC=10m/s
(2)设滑块通过B点时的速度为vB,根据机械能守恒定律
mv
=
mv
+2mgR
解得: vB=10 m/s
设在B点滑块受轨道的支持力为N,根据牛顿第二定律
N-mg=m,解得:N= 45N
(3)设滑块从A点开始运动时的速度为vA,根据动能定理
-μmgs2=mv
-
mv
解得: vA=m/s=16.1m/s
设滑块在A点受到的冲量大小为I,根据动量定理I=mvA
解得:I=m/s=8.1kg·m/s
解析
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知识点
21.一轻质细绳一端系一质量为m=0.05kg的小球A,另一端挂在光滑水平轴O上,O到小球的距离为L=0.1m,小球跟水平面接触,但无相互作用,在球的两侧等距离处分别固定一个光滑的斜面和一个挡板,如图所示,水平距离s=2m,动摩擦因数为μ=0.25。现有一滑块B,质量也为m,从斜面上滑下,与小球发生弹性正碰,与挡板碰撞时不损失机械能.若不计空气阻力,并将滑块和小球都视为质点,g取10m/s2。
试问:
(1)若滑块B从斜面某一高度h处滑下与小球第一次碰撞后,使小球恰好在竖直平面内做圆周运动,求此高度h;
(2)若滑块B从h/=5m处滑下,求滑块B与小球第一次碰后瞬间绳子对小球的拉力;
(3)若滑块B从h/=5m 处下滑与小球碰撞后,小球在竖直平面内做圆周运动,求小球做完整圆周运动的次数。
正确答案
解:(1)小球刚能完成一次完整的圆周运动,它到最高点的速度为v0,在最高点,仅有重力充当向心力,则有 ①
在小球从最低点运动到最高点的过程中,机械能守恒,并设小球在最低点速度为v
则又有 ②
解①②有m/s
滑块从h高处运动到将与小球碰撞时速度为v2,对滑块由能的转化及守恒定律有
因弹性碰撞后速度交换m/s,解上式有h=0.5m
(2)若滑块从h/=5m处下滑到将要与小球碰撞时速度为u,同理有
③ , 解得
滑块与小球碰后的瞬间,同理滑块静止,小球以的速度开始作圆周运动,绳的拉力T和重力的合力充当向心力,则有
④
解④式得T=48N
(3)滑块和小球最后一次碰撞时速度为,滑块最后停在水平面上,它通过的路程为
,同理有
⑤
小球做完整圆周运动的次数为 ⑥
解⑤、⑥得,n=10次
解析
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知识点
3.在两个固定、等量正点电荷连线上的P点,由静止释放一负点电荷,如图。在负电荷从P点向O点的运动过程中,说法正确的是( )
正确答案
解析
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知识点
22.(1)质量m=1.0kg的物块A(可视为质点)与轻弹簧的上端连接,弹簧下端固定在光滑斜面底端,斜面的倾斜角θ=30º。平衡时,弹簧的压缩量为x=0.20m,此时具有的弹性势能Ep=0.50J,物块A处在O时弹簧为原长,如图所示。一质量m=1.0kg物块B(可视为质点)从距离物块A为d=2.0m处从静止开始沿斜面下滑,与物体A发生碰撞后立刻一起向下运动,但不粘连,它们到达最低点后又向上运动。求物块B向上运动到达的最高点与O的距离s。g=10m/s2
(2)如图所示,弹簧的一端固定在天花板上,另一端连接一个小球,弹簧质量不计,劲度系数为k,小球(可视为质点)的质量为m,将小球竖直悬挂起来,小球平衡的位置为坐标原点O。
将小球在竖直方向拉离平衡位置后释放,小球就在竖直方向运动起来。我们知道,以小球、地球、弹簧组成的系统,动能、弹性势能和重力势能的总和保持不变。如果把弹性势能和重力势能的和称为系统的势能,并规定小球处在平衡位置时系统的势能为零,请根据“功是能量转化的量度”,求小球运动到O点下方x处时系统的势能。
正确答案
(1)解:
B物体下滑至与A碰撞前:
AB碰撞,根据动量守恒,碰后:
可得:
碰后AB和弹簧组成的系统,机械能守恒,并且AB在弹簧处分离,设AB分离瞬间速度为v’,则根据机械能守恒:
可得:
此后,B向上做匀减速运动,上升距离为:
即O与B运动的最高点之间的距离s为0.35米。
(2)解一:
小球静止时,弹簧的形变量为x0,有:
以平衡位置为零势能面,到O点下方x:
重力做功:
弹簧弹力做功
因此,在O下方x处系统势能为:
解二:当小球在竖直方向静止时,有:
当小球在竖直方向运动经过O点下方x时,所受合力大小为
此力的大小只与小球相对其平衡位置的距离x有关,这个力做功对应于系统的势能。画出合力F随x变化的图像:
图像中图线所围成的面积即为小球从x处回O点,合力F做功,
O点为系统势能零点,那么小球在x处的系统是能为:
解析
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知识点
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