高中 | 牛顿第二定律的两类基本问题 题目答案及解析

稿件来源:高途

高中 | 牛顿第二定律的两类基本问题题目答案及解析如下,仅供参考!

必修1

第四章 牛顿运动定律

4.6 用牛顿运动定律解决问题(一)

牛顿第二定律的两类基本问题

如图所示,质量为$1\;\rm kg$的薄木板静置于水平地面上,薄木板长度为$2.5\;\rm m$,薄木板与地面的动摩擦因数为$\dfrac{2}{15}$半径为$R$的竖直光滑圆弧轨道固定在地面,轨道底端与木板等高,轨道上端点和圆心连线与水平面成$37^\circ$角。质量为$2\;\rm kg$的小物块$A$在水平恒力$F=20\;\rm N$的作用下由静止从木板左端水平向右滑行,$A$与木板间的动摩擦因数为$0.3$。当$A$到达木板右端时,木板恰好与轨道底端相碰并被锁定,同时$A$沿圆弧切线方向滑上轨道,待$A$离开轨道后,可随时解除木板锁定,解除锁定时木板的速度与碰撞前瞬间大小相等、方向相反。(取$g=10\;\rm m/s^{2}$$\sqrt{10}$$3.16$$\sin37^\circ=0.6$$\cos37^\circ=0.8$

求木板与轨道底端碰撞前瞬间,物块$A$速度大小及恒力$F$做的功;

[["

物块$A$速度大小是$7\\;\\rm m/s$,恒力$F$做的功$70\\;\\rm J$

"]]

对小物块进行分析,根据牛顿第二定律有$F-\mu _{1}mg=ma_{1}$

对薄木板进行分析,根据牛顿第二定律有:$\mu _{1}mg-\mu _{2}(M+m)g=Ma_{2}$

解得:$a_{1}=7\;\rm m/s^{2}$$a_{2}=2\;\rm m/s^{2}$

物块与薄木板均向右做匀加速直线运动,当$A$到达木板右端时有$L= \dfrac{1}{2}a_{1}t_{1}^{2}-\dfrac{1}{2}a_{2}t_{1}^{2}$

解得$t_{1}=1\;\rm s$

木板与轨道底端碰撞前瞬间,令物块$A$速度为$v_{1}$,薄木板的速度为$v_{2}$,则有$v_{1}=a_{1}t_{1}$$v_{2}=a_{2}t_{1}$

解得:$v_{1}=7\;\rm m/s$$v_{2}=2\;\rm m/s$

根据功的定义式,恒力$F$做的功为$W_{1}=F\times \dfrac{1}{2}a_{1}t_{1}^{2}$

解得:$W_{1}=70\;\rm J$

若物块$A$到达圆弧轨道上端点时受到轨道的弹力大小为$\dfrac{164}{3}\;\rm N$,求圆弧轨道的半径$R_{1}$

[["

$0.75\\;\\rm m$

"]]

物块$A$到圆弧轨道最高点时斜抛速度为$v_{3}$,轨道对物块的弹力为$F_{N}$

物块$A$从轨道最低点到最高点,根据动能定理有:$-mgR_{1}(1+\sin37^\circ)= \dfrac{1}{2}mv_{3}^{2}-\dfrac{1}{2}mv_{1}^{2}$

物块$A$到达圆弧轨道最高点时,根据牛顿第二定律有$F_{N}+mg\sin37^\circ=m\dfrac{v_{3}^{2}}{R_{1}}$

解得$v_{3}=5\;\rm m/s$$R_{1}=0.75\;\rm m$

求物块$A$从初始位置开始到距地面最大高度的过程中重力所做的功;

[["

$-40\\;\\rm J$

"]]

设物块$A$抛出时速度$v_{3}$的水平和竖直分量分别为$v_{x}$$v_{y}$,则有$v_{x}=v_{3}\sin37^\circ$$v_{y}=v_{3}\cos37^\circ$

物块$A$距离地面最大高度$H=R_{1}(1+\sin37^\circ)+ \dfrac{v_{y}^{2}}{2g}$,代入数据解得:$H=2m$

则物块$A$从初始位置开始到距地面最大高度的过程中重力所做的功$W_{2}=-mgH$,代入数据解得:$W_{2}=-40\;\rm J$

若物块$A$运动到最大高度时会炸裂成物块$B$和物块$C$,其中$C$的速度为$2\;\rm m/s$,方向水平向左,为保证$C$恰好落在木板的最右端,求从物块$A$离开轨道到解除木板锁定的时间(假设解除锁定后地面和物块间的动摩擦因数变为$0$)。

[["

$0.1\\;\\rm s$

"]]

结合上述,斜抛过程物块$A$上升时间$t_{2}$$= \dfrac{v_{y}}{g}=\dfrac{4}{10}\;\rm s=0.4\;\rm s$

该段时间物块$A$向左运动距离为$x_{1}=v_{x}t_{2}$

$C$飞出后做平抛运动,则有$H= \dfrac{1}{2}gt_{3}^{2}$$x_{2}=v_{C}t_{3}$

薄木板右端运动到$C$落点过程有$x_{1}+x_{2}-R_{1}\cos37^\circ=v_{2}t_{4}$

从物块$A$离开轨道到解除木板锁定的时间$\Delta t=t_{2}+t_{3}-t_{4}$

代入数据解得:$\Delta t=0.1\;\rm s$

高中 | 牛顿第二定律的两类基本问题题目答案及解析(完整版)

去刷题
相关题库:
放在水平地面上的一物块,受到方向不变的水平推力的作用,力的大小与时间的关系如甲图所示;物块的运动速度与时间的关系如乙图所示,后的速度图像没有画出,取。下列说法正确的是 年月日至月日,第十二届残运会高山滑雪比赛在新疆乌鲁木齐丝绸之路国际滑雪场举行。如图所示为一简化后的滑雪的雪道模型示意图,竖直平面内半径的光滑四分之一圆弧轨道与水平雪道相切于点。质量的运动员由点静止下滑,最后静止于水平雪道上的点。已知运动员与地面间的动摩擦因数。运动员可视为质点,忽略空气阻力,重力加速度大小为,则运动员在点时所受圆弧轨道的支持力大小和、两点间的距离分别为 如图,在光滑水平面上方存在磁感应强度大小为、方向垂直纸面向内的匀强磁场,质量为、足够长的绝缘不带电木板上放着一带电荷量为、质量为的物块,物块与木板间的动摩擦因数为,最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等。现对施加一个大小为、方向水平向右的恒力,系统由静止开始运动,则在物块离开之前,下列图像正确的是 如图所示,一轻弹簧竖直放置,两端分别固定物体和,此时、处于静止状态,点是弹簧处于原长时物体上表面所处的位置,、间距离为。把一物体从静止释放,释放时、之间的距离为,物体和物体的质量均为,发生碰撞后粘在一起向下运动(以后不再分开),压缩弹簧然后上升到最高点时,物体的上表面刚好到达点,、之间距离也为,重力加速度为,物体始终静止,下列说法正确的是 如图,轻质弹簧上端固定,下端悬挂质量为的小球,质量为的小球与用细线相连,整个系统处于静止状态。弹簧劲度系数为,重力加速度为。现剪断细线,下列说法正确的是 年月日,搭载嫦娥六号探测器的长征五号运载火箭成功发射;月日,嫦娥六号成功从月球背面带回月壤样品,为人类进一步认识月球起到了至关重要的作用。
今日推荐