- 牛顿第二定律
- 共448题
质量m=4kg的物体,与水平地面间的动摩擦因数μ=0.1,沿水平地面向右做直线运动,经过A点时速度为6m/s。物体过A点时开始计时,对物体施加水平恒力F作用,经过0.5s物体向右移动了2.5m到达B点;若t时刻撤去水平恒力F,物体最后停在A的右方3.75m处。g=10m/s2。求:
28.撤去水平恒力F的时刻t
29.从物体经过A点到最终停止,水平恒力F做的功WF
正确答案
(1) s
解析
(1)解:首先判断F的方向。设恒力水平向左,大小为F,摩擦力大小为f,物体从A到B的加速度大小为a1。则:由牛顿第二定律:(1分);又:
(1分)
由题设条件,物体从A到B作匀减速运动,有:(1分)
联立并代入数据,得:a1=4m/s2(水平向左),F=12N(水平向左)(1分)
接下来要判断在哪个阶段撤去F。设物体从A点到速度为零的P点共经历的时间为t2,通过的位移为,这段时间没有撤去F。有:
(1分)
(1分)
解得:
(1分)
说明物体向右运动阶段没有撤去F
设在t时刻撤去F,则在时间内,物体在F和水平向右方向的摩擦力
(
)作用下,由P点向左作匀加速运动并到达M点。设其加速度大小为a2,设水平向右为正,有
(1分)
(1分)
(1分)
在M点后,物体在摩擦力的作用下匀减速运动到停止在Q点,设其加速度大小为a3,有:
(1分)
(1分)
依题意: (1分)
联立并代入数据,得: s (1分)
考查方向
牛顿运动定律和运动学公式结合
解题思路
研究AB段,由位移公式求出加速度.再对A到物体停止的整个过程,运用速度位移公式列式,可求得恒力作用的时间.
易错点
知道加速度是联系力学和运动学的桥梁.
正确答案
(2) WF= -51J
解析
(2)根据(1)的分析可知:WF=-F·sAM (2分) 又:(2分)
联立并代入数据,得: WF= -51J (2分)
考查方向
动能定理
解题思路
对整个过程,运用动能定理求恒力做功.
易错点
运用动能定理时要灵活选取研究的过程.
如图所示,斜面AB倾角为37°,底端A点与斜面上B点相距10m,甲、乙两物体大小不计,与斜面间的动摩擦因数为0.5,某时刻甲从A点沿斜面以10m/s的初速度滑向B,同时乙物体从B点无初速释放,(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)求:
14.甲物体沿斜面上滑的加速度大小;
15.甲、乙两物体经多长时间相遇.
正确答案
10 m/s2
解析
滑块甲沿斜面向上运动时,加速度大小为a1:
mg(sin 37°+μcos 37°)=ma1
解得:a1=10×(0.6+0.5×0.8)=10 m/s2
考查方向
牛顿第二定律
解题思路
对甲进行受力分析,根据牛顿第二定律求出滑块上滑的加速度.
易错点
关键对甲物体进行正确的受力分析,求出合力.
正确答案
3s
解析
设滑块乙沿斜面向下运动时,加速度大小为a2,根据牛顿第二定律得:
mg(sin 37°-μcos 37°)=ma2
代入数据解得:a2=2 m/s2
滑块甲经速度即减为零.此过程中向上的位移:
物块乙下滑时的位移大小为:
此时二者之间的距离:△L=L-x1-x2=10-5-1=4m
此时乙的速度为:v=a2t1=2×1=2m/s ,二者还没有相遇,距离是4m两个物块与斜面之间的动摩擦因数相等,所以甲向下运动时的加速度大小也是2m/s2,设再经过t2时间二者相遇,则:
代入数据解得:t2=2s ,所以是乙追上甲,时间为:
考查方向
匀变速直线运动规律的综合运用
解题思路
结合速度时间公式求出速度减为零的时间,求出上滑的最大位移,根据牛顿第二定律求出乙下滑的加速度,根据位移公式求出下滑的位移,从而得出AB两点间的距离;然后再结合几何关系和运动学的公式即可求出相遇的时间.
易错点
关键理清物体在整个过程中的运动规律,结合牛顿第二定律和运动学公式综合求解.
6.如图所示,在垂直纸面向里,磁感应强度为B的匀强磁场中,质量为m,带电量为+q的小球穿在足够长的水平固定绝缘的直杆上处于静止状态,小球与杆间的动摩擦因数为.现对小球施加水平向右的恒力F0,在小球从静止开始至速度最大的过程中,下列说法中正确的是()(全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分.)
正确答案
解析
小球开始滑动时根据牛顿第二定律有:F0-μ(mg-qvB)=ma,随v增大,a增大,当时,a达最大值
,摩擦力f=μ(mg-qvB)最小;此时洛伦兹力等于mg,支持力等于0,此后随着速度增大,洛伦兹力增大,支持力反向增大,此后滑动过程中有:F0-μ(qvB-mg)=ma,随v增大,a减小,当a=0,此时达到平衡状态,速度不变且最大,则最大速度为
,此时的摩擦力f=μ(qvB-mg)随速度的增大而增大,所以整个过程中,v先增大后不变;a先增大后减小,摩擦力先减小后增大,故BC正确,AD错误;
考查方向
运动电荷在磁场中受到的力——洛仑兹力;牛顿第二定律;左手定则
解题思路
小球从静止开始运动,受到重力、支持力、洛伦兹力、摩擦力,根据牛顿第二定律表示出加速度,进而分析出最大速度和最大加速度.
易错点
关键是正确的对小球进行受力分析,抓住当速度增大时,洛伦兹力增大,比较洛伦兹力与重力的大小关系,得出摩擦力的变化情况.
知识点
1.将物体以某一速度竖直向上抛出,到达最高点后返回,运动过程中所受空气阻力与速度成正比.重力加速度取10m/s2,取向上方向为正方向.则此物体的加速度随时间变化的图象可能正确的是()
正确答案
解析
上升阶段:物体受重力和向下的阻力,合力向下,故加速度向下,因取向上方向为正方向,与规定正方向相反,故a为负值;
由于速度减小,阻力减小,故合力减小,加速度减小;
下降阶段:受重力和向上的阻力,物体是加速下降,故加速度向下,也为负值;由于速度增加,阻力增加,合力减小,故加速度进一步减小;故C正确,ABD错误;
考查方向
牛顿第二定律
解题思路
上升阶段,物体受重力和向下的阻力,根据牛顿第二定律判断加速度的方向;下降时受重力和向上的阻力,依然是根据牛顿第二定律判断加速度的方向.
易错点
关键是对物体进行受力分析,得到合力的方向为负方向,因阻力随着速度的增加而增加,故合力是变化的,根据牛顿第二定律可知加速度是变化的.
知识点
4.如图3所示,质量相等的A、B小物块用轻弹簧相连,用细线把A悬挂在天花板上,B放在水平面,静止时,B对水平面的压力刚好为零。忽略空气阻力,剪断A上的细线之后
正确答案
解析
A、静止时,B对水平面的压力刚好为零,说明弹簧处于伸长状态,当A向下运动的过程中,弹簧的弹力减小,弹簧的弹力先小于重力,当回复到原长后,继续向下运动过程中,弹力大于重力,所以合力先减小后增大,则A的加速度先减小后增大,故A正确;
B、当A向下运动过程中,弹簧的弹力与重力平衡时速度最大,此时弹簧处于压缩状态,故B错误;
C、A运动到最低点时,A所受的弹力大于其重力,加速度向上,由牛顿第二定律知A处于超重状态,对整体而言,地面对B的支持力大于A、B的重力之和,故C错误;
D、设A、B的质量均为m.细绳剪断前,弹簧伸长的长度为,细绳剪断后,A做简谐运动,通过平衡位置时,弹簧的压缩量
,由简谐运动的对称性可知,A运动到最低点时,弹簧的压缩为
,因此A运动到最低点时,弹簧的弹性势能大于细绳剪断前弹簧有弹性势能,故D错误.
考查方向
简谐运动的回复力和能量;牛顿第二定律
解题思路
通过分析A的受力情况,由牛顿第二定律分析其加速度如何变化,判断出A的运动情况,确定速度最大的条件.由超重观点,分析地面对B的支持力与两个物体总重力的关系.由简谐运动的对称性分析A运动到最低点时,弹簧的弹性势能与细绳剪断前关系.
易错点
关键分析清楚A的运动情况,运用简谐运动的对称性分析弹簧形变量的关系结合过程解答.
知识点
21.如图,一个质量为m=1 kg的长木板置于光滑水平地面上,木板上放有质量分别为,mA=1 kg和mB=2kg的A、B两物块,A、B两物块与木板之间的动摩擦因数都为μ=0.2,若现用水平恒力F作用在A物块上,重力加速度g取10 m/s2,滑动摩擦力等于最大静摩擦力,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
A与木板间的最大静摩擦力:fA=μmAg=0.2×1×10N=2N,
B与木板间的最大静摩擦力:fB=μmBg=0.2×2×10N=4N,
A、若F=2N,假定A、B与木板都保持相对静止,整体在F作用下向左匀加速运动,根据牛顿第二定律得:F=(mA+mB)a,代入数据解得a=0.5m/s2,对物块A有:F-f=mAa,解得f=1.5N,所以A物块所受摩擦力f=1.5N<fA,所以A与木板保持相对静止,故A错误;
B、F=1N<fA,所以AB相对木板保持相对静止,整体在F作用下向左匀加速运动,故B正确;
C、若F=4 N,因为F>fA,所以物块A相对木板发生相对滑动,此时B和木板整体受到摩擦力2N,木板质量为1 kg,所以B与木板整体的加速度为
对B进行受力分析,摩擦力提供加速度,故C正确;
D、F=6N>fA,所以A相对于木板滑动,B和木板整体受到摩擦力2N,B的加速度,故D错误.
考查方向
牛顿第二定律;滑动摩擦力;静摩擦力和最大静摩擦力
解题思路
根据滑动摩擦力公式求出A、B与木板之间的最大静摩擦力,比较拉力和最大静摩擦力之间的关系判断物体的运动情况,进而判断物体所受摩擦力的情况,根据牛顿第二定律求出B的加速度.
易错点
关键是正确对两物体进行受力分析,采用隔离法与整体法根据牛顿第二定律解答.
知识点
如图,一对表面粗糙的平行金属轨道竖直固定在水平地面上,轨道与地面绝缘,轨道顶端连接有一定值电阻R,在A1A2、A3A4区域内有垂直于轨道平面向里的匀强磁场.一水平金属杆CD通过两金属环套在轨道上,现使金属杆CD以某一初速度竖直向上运动,穿过磁场区域后继续上升到最高位置A5A6,然后落回地面,此后不再运动.已知金属杆CD与轨道间的摩擦力大小恒为其重力的倍,金属杆CD向上运动经过A1A2和A3A4位置时的速度之比为2 :1,A3A4与A5A6间的距离是A1A2与A3A4间的距离的n倍,金属杆CD向下运动刚进入磁场区域就做匀速运动,重力加速度为g,金属轨道与金属杆CD的电阻都忽略不计,
求:
29.金属杆CD向上、向下两次经过A3A4位置时的速度之比;
30.金属杆CD向上运动经过A1A2刚进入磁场时的加速度大小;
31.金属杆CD向上、向下两次经过磁场区域的过程中定值电阻R上产生的焦耳热之比.
正确答案
解析
(1)设杆的质量为m,A3A4与A5A6间的距离为h,上升过程中的加速度大小为:
又
则
下降过程中的加速度大小为:
又
则
即:
考查方向
电磁感应中的力学
解题思路
对金属杆受力分析,由牛顿第二定理求出加速度,然后由运动学公式计算出速度v,即可求出比值。
易错点
金属杆CD向上、向下两次经过A3A4位置时没有安培力。
正确答案
解析
设杆的长度为,杆向上运动经过A1A2时的速度为
,切割产生的电动势
回路中的电流
杆受到的安培力大小,方向竖直向下。
杆向上经过A1A2刚进入磁场时,由牛顿第二定理得:
得
由题意知,杆下落进人磁场做匀速直线运动的速度v2,
切割产生的电动势为:
回路中的电流为:
杆受到的安培力:
这一过程杆受力平衡:
可得:
代入数据得:
考查方向
电磁感应中的力学
解题思路
对金属杆CD向上运动经过A1A2刚进入磁场时受力分析,结合欧姆定律和牛顿第二定理就可求出加速度a。
易错点
此题过程复杂,运动状态复杂,要仔细分析清楚各不同阶段的运动情况和受力情况。
正确答案
解析
设A3A2与A3A4的距离为d,杆向上穿过磁场的过程中,由动能定理经过A3A4继续上升nd,这一过程由动能定理得:
则:
杆下落 过程中,
由功能关系得:
即
考查方向
电磁感应中的能量
解题思路
根据功能关系,定值电阻R上产生的焦耳热数值上等于安培力做的功。
易错点
不会应用常见的功能关系。
20.如图所示,质置为m的小球套在与水平面倾角为60°的固定光滑杆上,一根轻质弹簧的一端悬挂于O点,另一端与小球相连,弹簧与杆在同一竖直平面内,将小球沿杆拉至弹簧水平位置(此时弹簧刚好为原长)由静止释放,小球沿杆下滑,当弹簧位于竖直位置时,小球速度恰好为零,此时小球下降的竖直高度为h.若全过程弹簧处于弹性限度内,则下面叙述正确的是:
正确答案
解析
A、释放瞬间,弹簧的弹力为零,由牛顿第二定得:小球加速度为 ,故A正确;
B、弹簧与杆垂直时,弹力方向与杆垂直,合外力方向等于重力沿杆向下的分力,小球继续加速,此时小球的速度没有达到最大值,故B错误;
C、小球运动过程中,只有重力和弹簧弹力做功,系统的机械能守恒,可知小球释放瞬间,弹簧的弹性势能为零,为最小,故此时小球的动能与重力势能之和最大,当弹簧与杆垂直时,弹簧有弹性势能,小球的动能与重力势能之和不是最大,故C错误;
D、小球下滑至最低点的过程中,系统机械能守恒,初、末位置动能都为零,由系统的机械能守恒可知,弹簧的弹性势能增加量等于重力势能的减小量,即为mgh,故D正确.
考查方向
功能关系;机械能守恒定律;牛顿第二定律
解题思路
加速度根据牛顿第二定律求.弹簧与杆垂直时,合外力方向沿杆向下,小球继续加速,速度没有达到最大值,运动过程中,只有重力和弹簧弹力做功,系统机械能守恒,根据机械能守恒定律分析解答.
易错点
正确分析小球的受力情况和运动情况,分析能量转化的情况,理解机械能守恒的条件.
知识点
16.2016年1月28日消息,重庆将建空中卫生应急救援队,救援直升机转运停机坪覆盖区县.假设应急救援中直升机下面吊着一个箱子,箱子里装有一物体,箱子里物体刚好与箱顶接触,在直升机快速竖直生升的过程中,悬挂箱子的绳子突然断了,伺候箱子在运动过程中保持开始时的姿势,箱子所受的空气阻力与箱子运动速率的平方成正比,则在绳断后箱子运动过程中(箱子在空中运动的时间足够长),下列说法正确的是:
正确答案
解析
A、在绳断后箱子由于惯性要继续上升一段距离,不是立即竖直向下运动,故A错误;
B、绳断的一瞬间,设箱子的质量为M,箱内物体的质量为m,以箱子与箱内物体整体为研究对象,根据牛顿第二定律得:(M+m)g+f=(M+m)a,可得:a>g.对箱内物体,设箱子对物体有向下的作用力,大小为F.由牛顿第二定律得:mg+F=ma,则得 F>0,说明箱子对箱内物体有向下的作用力,因此物体对箱子有向上的作用力,故B错误;
C、箱子上升的过程,根据牛顿第二定律得:
(M+m)g+f=(M+m)a,又 f=kv2,可得:
(M+m)g+kv2=(M+m)a,可知v减小,a减小,箱子下落过程,根据牛顿第二定律得:(M+m)g-kv2=(M+m)a,v增大,a减小,所以箱子的加速度一直减少,故C错误;
D、箱子上升的过程中,箱子对物体有向下的作用力,对物体做负功,箱内物体的机械能减小,箱子下落过程,对箱内物体,设箱子对物体有向下的作用力,大小为F′.根据牛顿第二定律得:
mg+F′=ma,由上分析知,a<g,可得 F′<0,说明箱子对物体的作用力向上,对物体做负功,则物体的机械能减小,因此物体的机械能一直减小,故D正确.
考查方向
机械能守恒定律;运动的合成和分解;牛顿第二定律
解题思路
在绳断后箱子由于惯性要继续上升一段距离.箱子所受的空气阻力与箱子下落速度的平方成正比,刚开始时,速度增大,阻力越来越大,当阻力等于重力时,箱子做匀速运动,根据牛顿第二定律和机械能守恒的条件即可分析.
易错点
关键要灵活选择研究对象,根据物体的运动情况,根据牛顿第二定律来分析物体受力的大小情况.
知识点
24.民用航空客机的机舱,除了有正常的舱门和舷梯连接,供旅客上下飞机外,一般还配有紧急出口.发生意外情况的飞机在着陆后,打开紧急出口的舱门,会自动生成一个气囊(由斜面部分AC和水平部分CD构成),机舱中的人可沿该气囊滑行到地面上来,如图所示.某机舱离气囊底端的竖直高度AB=3.0m,气囊构成的斜面长AC=5.0m,AC与地面之间的夹角为θ.斜面部分AC和水平部分CD平滑连接.一个质量m=60kg的人从气囊上由静止开始滑下,最后滑到水平部分上的E点静止,已知人与气囊之间的动摩擦因数为μ=0.55.不计空气阻力g=10m/s2.求人从A点开始到滑到E 点所用的时间.(共10分)
正确答案
3.23 s.
解析
人的受力如图所示,
由牛顿运动定律得:mgsin θ﹣μFN=ma
FN﹣mgcosθ=0,
则:a=gsinθ﹣μgcosθ,
解得:a=1.6 m/s2
设人在斜面部分滑下所用的时间为t1,
s=at
,
代入数据解得:t1=2.5 s
设人滑到斜面底端C时的速度为vC,
vC=at1=1.6×2.5=4 m/s
由牛顿运动定律得:μmg=ma′
由0﹣vC=(﹣a′)t2
解得:t2=0.73 s
故人从开始到滑到E点所用的时间:t=t1+t2=3.23 s.
考查方向
牛顿运动定律的综合应用;匀变速直线运动的位移与时间的关系
解题思路
由牛顿第二定律求出加速度,然后由运动学公式求出人在斜面与水平面上的运动时间,然后求出总的运动时间.
易错点
关键是分析清楚人的运动过程,人在斜面部分做匀加速直线运动,人在水平部分做匀减速直线运动,应用牛顿第二定律与运动学公式联立解答.
知识点
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