- 牛顿第二定律
- 共448题
水平地面上有质量分别为m和4m的物A和B,两者与地面的动摩擦因数均为μ。细绳的一端固定,另一端跨过轻质动滑轮与A相连,动滑轮与B相连,如图所示。初始时,绳出于水平拉直状态。若物块Z在水平向右的恒力F作用下向右移动了距离s,重力加速度大小为g。求
17.物块B客服摩擦力所做的功;
18.物块A、B的加速度大小。
正确答案
物块A移动了距离s,则物块B移动的距离为
①
物块B受到的摩擦力大小为
②
物块B克服摩擦力所做的功为
③
解析
A移动了距离s与物块B移动的距离关系,物块B克服摩擦力所做的功
考查方向
解题思路
找到位移关系计算摩擦力做功情况
易错点
位移关系
正确答案
设物块A、B的加速度大小分别为aA、aB,绳中的张力为T。有牛顿第二定律得
④
⑤
由A和B的位移关系得
⑥
联立④⑤⑥式得
⑦
⑧
评分参考:第(1)问3分,①②③式各1分;第(2)问6分,④⑤式各1分,⑥式2分,⑦⑧式各1分。
解析
牛顿第二定律和A和B的位移关系解
考查方向
解题思路
牛顿第二定律和A和B的位移关系解
易错点
合力的计算
18.如图所示,固定在水平面上的斜面与水平面的连接处为一极小的光滑圆弧(物块经过Q点时不损失机械能),斜面与地面是用同种材料制成的。斜面的最高点为P,P距离水平面的高度为h=5m。在P点先后由静止释放两个可视为质点的小物块A和B,A、B的质量均为m=1kg,A与斜面及水平面的动摩擦因数为μ1=0.5,B与斜面及水平面的动摩擦因数为μ2=0.3。A物块从P点由静止释放后沿斜面滑下,停在了水平面上的某处。求:
(1)A物块停止运动的位置距离斜面的直角顶端O点的距离是多少?
(2)当A物块停止运动后准备再释放B物块时发现它们可能会发生碰撞,为了避免AB碰撞,此时对A另外施加了一个水平向右的外力F,把A物体推到了安全的位置,之后再释放B就避免了AB碰撞。求外力F至少要做多少功,可使AB不相撞?(g取10m/s2,此问结果保留三位有效数字)
正确答案
(1)设斜面倾角为θ,物块所停位置到Q点距离为S。
斜面长
摩擦力
依动能定理
停位置到O点距离
由以上得
A物块
(2)若只释放B后同理得
若不相碰应将A至少向右推出,
依动能定理
当=0时
最小
故至少做功
解析
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知识点
23.频闪照相是研究物理过程的重要手段,如图所示是某同学研究一质量为m=0.5kg的小滑块从光滑水平面滑上粗糙斜面并向上滑动时的频闪照片。已知斜面足够长,倾角为闪光频率为10Hz。经测量换算获得实景数据:S1=S2=40cm,S3=35cm,S4=25cm,S5=15cm。取g=l0m/s2.sin37°=0.6,cos37°=0.8,设滑块通过平面与斜面连接处时没有能量损失。求:
(1)滑块与斜面间的动摩擦因数μ,并说明滑块在斜面上运动到最高点后能否自行沿斜面下滑:
(2)从滑块滑上斜面开始计时,经多长时间到达斜面上的A点(图中A点未画出,己知A点到斜面最低点B的距离为0.6m)。(注意:结果可以用根号表示)
正确答案
(1)在斜面上物块做匀减速直线运动,设加速度为a,则
由公式ΔS=a1T2
解得a1=10m/s2
由牛顿第二定律有mgsinα+μmgcosα=ma1
联立以上方程解得μ=0.5
因μ<tan37°,所以滑块在斜面上运动到最高点后能自行沿斜面下滑
(2) 由题意可知,物块在水平面上做匀速直线运动,且设速度为v0,则
v0==4.0m/s
上滑时间为t==0.4s
滑块在斜面上上滑到达A点时有
SAB=v0t1-
解得:t1=0.2s
设滑块在斜面上能上滑的最大距离为sm,则对滑块在斜面上上滑过程应用动能定理有
(-mgsinα-μmgcosα)·sm=0-mv02
解得sm=0.8m
下滑加速度为a2=gsinα-μgcosα=2m/s2
从最高点下滑到达A点的时间设为t2
则有 sm- SAB=
下滑时间为t2= s
所以,从滑块滑上斜面开始计时,到达斜面的时间为0.2s或者0.2+s
解析
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知识点
8.两个较大的平行板A、B相距为d,分别接在电压为U的电源正负极上,开关S闭合时质量为m,带电量为﹣q的油滴恰好静止在两板之间,如图所示,在保持其他条件不变的情况下,将两板非常缓慢地水平错开一些,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
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知识点
20.如图所示,绝缘水平面上的AB区域宽度为d,带正电、电量为q的小滑块以大小为v0的初速度从A点进入AB区域,当滑块运动至区域的中点C时,速度大小为vC=v0,从此刻起在AB区域内加上一个水平向左的匀强电场,电场强度E保持不变,并且AB区域外始终不存在电场.
(1)求滑块受到的滑动摩擦力大小;
(2)若加电场后小滑块受到的电场力与滑动摩擦力大小相等,求滑块离开AB区域时的速度;
(3)要使小滑块在AB区域内运动的时间到达最长,电场强度E应满足什么条件?并求这种情况下滑块离开AB区域时的速度.
正确答案
解:(1)滑块从A到C过程,由动能定理得:
﹣f•=
mvC2﹣
mv02,
解得:f=;
(2)设滑块所受滑动摩擦力大小为f,则滑块从A点运动至C点过程,
由动能定理得:﹣f•=
mvC2﹣
mv02,
假设最后滑块从B点离开AB区域,则滑块从C点运动至B点过程,
由动能定理得:(qE1+f)=
m(vc2﹣vB2)
将vc=v0、qE1=f
代入解得:vB=v0,
由于滑块运动至B点时还有动能,因此滑块从B点离开AB区域,速度大小为v0,方向水平向右.
(3)要使小滑块在AB区域内运动的时间到达最长,必须使滑块运动至B点停下,然后再向左加速运动,最后从A点离开AB区域.
滑块从C点运动至B点过程,由动能定理得:(qE2+f)=
mvc2,
由①④两式可得电场强度:E2=,
滑块运动至B点后,因为qE2=2f>f,所以滑块向左加速运动,
从B运动至A点过程,由动能定理得:
(qE2﹣f)d=mvA2,
由以上各式解得滑块离开AB区域时的速度
vA=v0(方向水平向左);
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知识点
23.如图所示,两根足够长的平行光滑金属导轨MN、PQ间距为d,其电阻不计,两导轨所在的平面与水平面成θ角。质量分别为m和3m,电阻均为R的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置,每棒两端都与导轨始终有良好接触,两棒之间用一绝缘的细线相连,整个装置处在垂$于导轨平面向上的匀强磁场中,磁感应强度为B,给棒ab施加一平行于导轨向上的拉力作用,使两枠均保持静止。若在t=0时刻将细线烧断,此后保持拉力不变,重力加速度为g。
(1)细线烧断后,当ab棒加速度为a1时,求cd棒的加速度大小a2 (用a1表示);
(2)求ab棒最终所能达到的最大速度。
正确答案
解:(1)由,
知物块在C点速度为
设物块从D点运动到C点的过程中,弹簧对物块所做的功为W,由动能定理得:
代入数据得:
(2)由
知物块从C运动到B过程中的加速度大小为
设物块与斜面间的动摩擦因数为,由牛顿第二定律得
代入数据解得
物块在P点的速度满足
物块从B运动到P的过程中机械能守恒,则有物块从C运动到B的过程中有
由以上各式解得
(3)假设物块第一次从圆弧轨道返回并与弹簧相互作用后,能够回到与O点等高的位置Q点,且设其速度为,由动能定理得
解得
可见物块返回后不能到达Q点,故物块在以后的运动过程中不会脱离轨道。
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知识点
14.如图甲所示,两根足够长的光滑金属导轨ab、cd 与水平面成=30固定,导轨间距离为
=1 m,电阻不计。一个阻值为R0的定值电阻与电阻箱并联接在两金属导轨的上端。整个系统置于匀强磁场中,磁感应强度方向与导轨所在平面垂直,磁感应强度大小为B=lT。现将一质量为m、电阻可以忽略的金属棒MN从图示位置由静止开始释放。金属棒下滑过程中与导轨接触良好。改变电阻箱的阻值R,测定金属棒的最大速度
,得到
的关系如图乙所示。取g= 10
。求:
(1)金属棒的质量m和定值电阻R0的阻值;
(2)当电阻箱R取2,且金属棒的加速度为
g时,金属棒的速度。
正确答案
(1)0.2kg, 2Ω;金属棒以速度vm下滑时,根据法拉第电磁感应定律有:E=Blvm由闭合电路欧姆定律有:E=I当金属棒以最大速度vm下滑时,根据平衡条件有:BIl=mgsinθ 由
图象可知:
,
解得:m=0.2kg,R0=2Ω
(2)0.5m/s. 设此时金属棒下滑的速度为v,根据法拉第电磁感应定律有:E/=I/当金属棒下滑的加速度为
时,根据牛顿第二定律有:mgsinθ-BI′l=ma联立解得:v=0.5m/s
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知识点
5.如图所示,一箱苹果沿着倾角为θ的光滑斜面加速下滑,在箱子正中央夹有一只质量为m的苹果,它受到周围苹果对它作用力的方向是( )
正确答案
解析
(在每小题给出的四个选项中,有一个选项或多个选项正确。全部选对的得3分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分)
知识点
8.质量为m1的物体放在A地的地面上,用竖直向上的力F拉物体,物体在竖直方向运动时产生的加速度a与拉力F的关系如图中直线A所示;质量为m2的物体在B地的地面上做类似的实验,得到加速度a与拉力F的关系如图中直线B所示,A、B两直线交纵轴于同一点,设A、B两地的重力加速度分别为g1和g2,由图可知( )
正确答案
解析
(在每小题给出的四个选项中,有一个选项或多个选项正确。全部选对的得3分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分)
知识点
24. 如图甲所示是一打桩机的简易模型。质量m=1kg的物体在拉力F作用下从与钉子接触处由静止开始运动,上升一段高度后撤去F,到最高点后自由下落,撞击钉子,将钉子打入一定深度。物体上升过程中,机械能E与上升高度h的关系图象如图乙所示。不计所有摩擦,g取10m/s2。求:
(1)物体上升1 m后再经多长时间才撞击钉子(结果可保留根号);
(2)物体上升到0.25m高度处拉力F的瞬时功率。
正确答案
(1)设物体上升到h1=1m处的速度为v1,由图乙
解得v1=2m/s
物体自h1=1m后的运动是匀减速直线运动,设经t时间落到钉子上,则有 解得t=
s
(2)对F作用下物体的运动过程,根据功能量关系有
由图象可得,物体上升h1=1m的过程中所受拉力F=12N
物体向上做匀加速直线运动,设上升至h2=0.25m时的速度为v2,加速度为a,根据牛顿第二定律有
根据运动学公式有
瞬时功率P=Fv2
解得P=12W
解析
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知识点
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