- 牛顿第二定律
- 共448题
如图所示,质量M=2kg的滑块套在光滑的水平轨道上,质量m=1kg的小球通过长L=0.5m的轻质细杆与滑块上的光滑轴O连接,小球和轻杆可在竖直平面内绕O轴自由转动,开始轻杆处于水平状态,现给小球一个竖直向上的初速度v0=4 m/s,g取10m/s2。
(1)若锁定滑块,试求小球通过最高点P时对轻杆的作用力大小和方向;
(2)在满足(1)的条件下,小球在最高点P突然离开轻杆沿水平方向飞出,试求小球落到水平轨道位置到轴O的距离;
(3)若解除对滑块的锁定,小球通过最高点时的速度大小v′=2m/s,试求此时滑块的速度大小。
正确答案
(1)小球对轻杆的作用力大小为2N,方向竖直向上
(2)m
(3)v =1m/s
解析
(1)设小球能通过最高点,且此时的速度为v1。在上升过程中,因只有重力做功,小球的机械能守恒。则
得m/s
设小球到达最高点时,轻杆对小球的作用力为F,方向向下,则
得F=2N
由牛顿第三定律可知,小球对轻杆的作用力大小为2N,方向竖直向上
(2)小球飞出后做平抛运动,设运动时间为t
由
到轴O的距离
得m
(3)解除锁定后,设小球通过最高点时的速度为v2。
在上升过程中,系统的机械能守恒,则
得v =1m/s
知识点
一个物体在竖直向上的12N的拉力作用下,以2m/s2的加速度向上作匀加速直线运动,如要使加速度增加为4m/s2,空气阻力不计,此竖直拉力的大小应为
正确答案
解析
略
知识点
如图所示,轻线一端系一质量为m的小球,另一端套在图钉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,达到稳定后,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
见解析
解析
(1)图钉A拔掉前,轻线的拉力大小为
(2)小球沿切线方向飞出做匀速直线运动直到线环被图钉B套住,小球速度为v=ωa,匀速运动的位移,
则时间。
(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,
得。
知识点
如图,光滑水平面上存在水平向右、场强为的匀强电场,电场区域宽度为。质量为、带电量为的物体从电场左边界由静止开始运动,离开电场后与质量为的物体 碰撞并粘在一起,碰撞时间极短。的右侧拴接一处于原长的轻弹簧,弹簧右端固定在竖直墙壁上(、均可视为质点)。求
(1) 物体在电场中运动时的加速度大小;
(2) 物体与碰撞过程中损失的机械能;
(3) 弹簧的最大弹性势能。
正确答案
见解析。
解析
(1)小球受到合外力为
(2)小球离开电场时的速度为
、碰撞过程中,系统机械能守恒
碰撞过程中损失的机械能为
则:
解得:
(3)由能量守恒得:
知识点
如图所示,半径为R的环形塑料管竖直放置,AB直线跟该环的水平直径重合,且管的内径远小于环的半径。AB及其以下部分处于水平向左的匀强电场中,管的内壁光滑。现将一质量为m,带电量为+q的小球从管中A点由静止释放,小球受到的电场力跟重力相等,则以下说法中正确的是
正确答案
解析
略
知识点
在足够长的光滑固定水平杆上,套有一个质量为的光滑圆环。一根长为的轻绳,一端拴在环上,另一端系着一个质量为的木块,如图所示。现有一质量为的子弹以的水平速度射入木块,子弹穿出木块时的速度为,子弹与木块作用的时间极短,取g = 10 m/s2。
(1)当子弹射穿木块时,轻绳的拉力大小;
(2)当子弹射穿木块后,木块向右摆动的最大高度;
(3)当木块第一次返回到最低点时,木块的速度大小。
正确答案
见解析。
解析
(1)设子弹从木块中穿出时木块的速度为v1,在子弹与木块相互作用的过程中,由动量守恒:
解得: v1=8m/s
对木块,由牛顿第二定律得:
解得: F = 148N
(2)在木块与圆环一起向右运动的过程中,由水平方向动量守恒,机械能守恒,得:
解得: h = 0.64m
(3)木块从最高点返回最低点的过程中,由水平方向动量守恒、机械能守恒得:
解得: v3 = 12.8m/s
vM = 4.8m/s
v3 = 0
vM = 8m/s
知识点
如图所示,在倾角为θ的光滑斜面上,存在着两个大小相等、方向相反的匀强磁场,磁场方向与斜面垂直,两磁场的宽度MJ和J G均为L,一个质量为m、电阻为R、边长也为L的正方形导线框,由静止开始沿斜面下滑,当ab边刚越过GH进入磁场时,线框恰好以速度做匀速直线运动;当ab边下滑到JP与MN的中间位置时,线框又恰好以速度v做匀速直线运动。则下列说法正确的是
正确答案
解析
略。
知识点
如图所示,小滑块A和B(可视为质点)套在固定的水平光滑杆上。一轻弹簧上端固定在P点,下端与滑块B相连接。现使滑块B静止在P点正下方的O点,O、P间的距离为h。某时刻,滑块A以初速度v0沿杆向右运动,与B碰撞后,粘在一起以O为中心位置做往复运动。光滑杆上的M点与O点间的距离为。已知滑块A的质量为2m,滑块B的质量为m,弹簧的原长为,劲度系数。弹簧弹性势能的表达式为(式中k为弹簧的劲度系数,x为弹簧的形变量)。
求:
(1)滑块A与滑块B碰后瞬间共同速度v的大小;
(2)当滑块A、B运动到M点时,加速度a的大小;
(3)滑块A、B在往复运动过程中,最大速度vm的大小。
正确答案
见解析。
解析
(1)取A、B滑块为系统,由动量守恒定律有
所以
(2)当滑块运动到M点时,弹簧的长度
此时弹簧的弹力
根据牛顿第二定律
(3)当弹簧处于原长时,滑块的速度最大。取滑块A、B和弹簧为系统,由机械能守恒定律有
所以
知识点
在竖直平面内有一个粗糙的圆弧轨道,其半径R=0.4m,轨道的最低点距地面高度h=0.45m.一质量m=0.1kg的小滑块从轨道的最高点A由静止释放,到达最低点B时以一定的水平速度离开轨道,落地点C距轨道最低点的水平距离x=0.6m.空气阻力不计,g取10m/s2,
求:
(1)小滑块离开轨道时的速度大小;
(2)小滑块运动到轨道最低点时,对轨道的压力大小;
(3)小滑块在轨道上运动的过程中,克服摩擦力所做的功.
正确答案
见解析。
解析
(1)小滑块离开轨道后做平抛运动,设运动时间为t,初速度为v,则
解得:
(2)小滑块到达轨道最低点时,受重力和轨道对它的弹力为N,根据牛顿第二定律:
解得:
根据牛顿第三定律,轨道受到的压力大小
(3)在滑块从轨道的最高点到最低点的过程中,根据动能定理:
所以小滑块克服摩擦力做功为0.2J。
知识点
如图所示,在空中有一水平方向的匀强磁场区域,区域的上下边缘间距为h,磁感应强度为B。有一长度为L、宽度为b(b<h)、电阻为R、质量为m的矩形线圈紧贴磁场区域的上边缘从静止起竖直下落,当线圈的下边穿出磁场时,恰好以速率v匀速运动。已知重力加速度为g,求
(1)线圈匀速运动的速率v;
(2)穿过磁场区域过程中,线圈中产生的热量Q;
(3)线圈穿过磁场区域所经历的时间t。
正确答案
见解析
解析
(1)线圈匀速穿出磁场,产生的感应电动势为 (2分)
回路中的电流为 (2分)
此时线圈受到竖直向上的安培力 (1分)
由平衡条件得 (1分)
所以 (1分)
(2)线圈穿过磁场区域过程中,由功能关系 (3分)
所以 (3分)
(3)线圈进入磁场过程中,下边进入磁场时线圈的速率为0,上边进入磁场时线圈的速率为v1。当其速率为V时,由牛顿运动定律
(1分)
又 (1分)
整理,得
求和,得
所以
故 (1分)
接着线圈在磁场以g匀加速运动,有
(1分)
最后线圈匀速穿出磁场,有
(1分)
所以 (1分)
知识点
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