- 牛顿第三定律
- 共323题
质量为50kg的学生坐在绳长为4.0m的秋千板上,当他经过最低点时,速度的大小为2m/s,g=10m/s2,不计各种阻力.求:
(1)当他经过最低点时,对秋千板的压力为多大?
(2)秋千板能达到的最大高度?
正确答案
(1)在最低点学生受竖直先下的重力mg、秋千板对学生竖直向上的支持力F,
由牛顿第二定律得:F-mg=m,解得:F=mg+m
=50kg×10m/s2+50kg×
=550N.
由牛顿第三定律得:学生对秋千板的压力F′=F=550N.
(2)以秋千在最低点所在的平面为零势面,在秋千由最低点到最高点的过程中,
由机械能守恒定律得:mv2=mgh,
解得h==
=0.2m
答:(1)(1)当他经过最低点时,对秋千板的压力是550N.
(2)秋千板能达到的最大高度是0.2m.
如图所示,位于竖直面内的曲线轨道的最低点B的切线沿水平方向,且与一位于同一竖直面内、半径R=0.40m的光滑圆形轨道平滑连接.现有一质量m=0.10kg的滑块(可视为质点),从位于轨道上的A点由静止开始滑下,滑块经B点后恰好能通过圆形轨道的最高点C.已知A点到B点的高度h=1.5m,重力加速度g=10m/s2,空气阻力可忽略不计,求:
(1)滑块通过C点时的速度大小;
(2)滑块通过圆形轨道B点时对轨道的压力大小;
(3)滑块从A点滑至B点的过程中,克服摩擦阻力所做的功.
正确答案
解;(1)因滑块恰能通过C点,即在C点滑块所受轨道的压力为零,其只受到重力的作用.
设滑块在C点的速度大小为vC,根据牛顿第二定律,对滑块在C点有
mg=m
解得vC==2.0m/s
(2)设滑块在B点时的速度大小为vB,对于滑块从B点到C点的过程,根据机械能守恒定律有 mvB2=
mvC2+mg2R
滑块在B点受重力mg和轨道的支持力FN,根据牛顿第二定律有
FN-mg=m
联立上述两式可解得 FN=6mg=6.0N
根据牛顿第三定律可知,滑块在B点时对轨道的压力大小FN′=6.0N
(3)设滑块从A点滑至B点的过程中,克服摩擦阻力所做的功为Wf,对于此过程,根据动能定律有 mgh-Wf=mvB2
解得Wf=mgh-mvB2=0.50J
答:(1)滑块通过C点时的速度大小为2m/s.
(2)滑块通过圆形轨道B点时对轨道的压力大小为6.0N.
(3)滑块从A点滑至B点的过程中,克服摩擦阻力所做的功0.50J.
如图,轻直杆AB长为2m,两端各连着一个质量为1kg的小球,直杆绕着O点以ω=8rad/s逆时针匀速转动,AO=1.5m,A轨迹的最低点时恰好与一个直角斜面体的顶点相切,斜面的底角为37°和53°,取g=10m/s2,
(1)当A球通过最低点时,求B球对直杆的作用力;
(2)若当A球通过最低点时,两球脱离轻杆(不影响两球瞬时速度,此后两球不受杆影响),此后B球恰好击中斜面底部,且两球跟接触面碰后不反弹,试求B在空中飞行的时间;
(3)在(2)的情形下,求两球落点间的距离.
正确答案
(1)设杆对B球的作用力F向下,有mg+F=mω2•OB
解得F=22N,即杆对B的作用力为22N,方向向下
由牛顿第三定律,B球对杆的作用力F′=8N,方向向上
(2)脱离轻杆时vA=ωOA=12m/s,vB=ωOB=4m/s
设在空中飞行时间为t,则有:tan37°=
解得:t=1s
(3)B的水平位移xB=vBt=4m,
A的水平位移xA=vA=
m>
m,直接落在地面上
因此两球落点间距为l=xA+xB=+4(m)
答:(1)当A球通过最低点时,B球对直杆的作用力为22N,方向向下;
(2)B在空中飞行的时间为1s;
(3)在(2)的情形下,两球落点间的距离为+4m.
一杂技运动员骑摩托车沿一竖直圆形轨道做特技表演,若车运动的速率恒为20m/s,人与车的总质量为200kg,轮胎与轨道间的摩擦力大小总与它们间的正压力成正比,且比例系数为μ=0.1,车通过最底点B时发动机功率为12kw.
求:(1)车通过最低点B时对轨道的压力?
(2)求车通过最高点A时发动机的功率?
正确答案
(1)在B点,设发动机功率为PB,则 PB=μFBV,
解得车受到的支持力为 FB=6000N,
由牛顿第三定律可知,车通过最低点B时对轨道的压力 FB=6000N.
(2)A、B点人车整体所需向心力大小相等,即m=FB-mg=4000N
在A点,FA+mg=m,
解得车通过最高点A时对轨道的压力 FA=m-mg=2000N,
则车通过最高点A时发动机的功率 PA=μFAv=4000w=4kw.
答:(1)车通过最低点B时对轨道的压力是6000N.
(2)车通过最高点A时发动机的功率是4kw.
如图所示为一圆拱桥,最高点的半径为40m.一辆质量为1.2×103kg的小车,以10m/s的速度经过拱桥的最高点.此时车对桥顶部的压力大小为______N;当过最高点的车速等于______m/s时,车对桥面的压力恰好为零.(取g=10m/s2)
正确答案
当小车以10m/s的速度经过桥顶时,对小车受力分析,如图,小车受重力G和支持力N;
根据向心力公式和牛顿第二定律得到 G-N=m;
车对桥顶的压力与桥顶对车的支持力相等 N'=N;
因而,车对桥顶的压力N'=G-m=(1.2×103×10-1.2×103×
)N=9.0×103N;
当车对桥面的压力恰好为零,此时支持力减小为零,车只受重力,根据牛顿第二定律,有G=m;
得到v2==
m/s=20m/s;
故答案为:9.0×103,20.
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