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竞赛辅导—牛顿运动定律
2025-10-05 00:49:00 责编:小OO
文档
牛顿运动定律

班级           姓名             

1、一小圆盘静止在桌布上,位于一方桌的水平桌面的。桌布的一边与桌的AB边重合,如图。已知盘与桌布间的动摩擦因数为,盘与桌面间的动摩擦因数为。现突然以恒定加速度a将桌布抽离桌面,加速度方向是水平的且垂直于AB边。若圆盘最后未从桌面掉下,则加速度a满足的条件是什么?(以g表示重力加速度)

解:设圆盘的质量为m,桌长为l,在桌布从圆盘上抽出的过程中,盘的加速度为,有    ①   

    桌布抽出后,盘在桌面上作匀减速运动,以a2表示加速度的大小,有

          ②

    设盘刚离开桌布时的速度为v1,移动的距离为x1,离开桌布后在桌面上再运动距离x2后便停下,有       ③            ④

    盘没有从桌面上掉下的条件是      ⑤

    设桌布从盘下抽出所经历时间为t,在这段时间内桌布移动的距离为x,有

   ⑥          ⑦

而      ⑧

由以上各式解得      ⑨

2、质量的物块(可视为质点)在水平恒力F作用下,从水平面上A点由静止开始运动,运动一段距离撤去该力,物块继续滑行停在B点,已知A、B两点间的距离,物块与水平面间的动摩擦因数,求恒力F多大。()

解:设撤去力F前物块的位移为,撤去力F时物块速度为,物块受到的滑动摩擦力

    对撤去力F后物块滑动过程应用动量定理得

由运动学公式得    对物块运动的全过程应用动能定理

由以上各式得     代入数据解得F=15N

3、如图所示,两个用轻线相连的位于光滑水平面上的物块,质量分别为

m1和m2,拉力F1和F2方向相反,与轻线沿同一水平直线,且F1>F2。试求在两个物块运动

过程中轻线的拉力T。

设两物质一起运动的加速度为a,则有

    ①

根据牛顿第二定律,对质量为m1的物块有

        ②

由①、②两式得

        ③

4、如图所示,在倾角为θ的光滑斜面上有两个用轻质弹簧相连的物块A、B,它们的质量分别为mA、mB,弹簧的劲度系数为k,C为一固定挡板。系统处于静止状态。现开始用一恒力F沿斜面方向拉物块A使之向上运动,求物块B刚要离开C时物块A的加速度a和从开始到此时物块A的位移d。重力加速度g。

解:令x1表示未加F时弹簧的压缩量,由胡克定律和牛顿定律可知

   ①

令x2表示B刚要离开C时弹簧的伸长量, a表示此时A的加速度,由胡克定律和牛顿定律可知:

    kx2=mBgsinθ   ②

    F-mAgsinθ-kx2=mAa   ③

    由②③式可得  ④

    由题意 d=x1+x2    ⑤

    由①②⑤式可得   ⑥

, 

4、质量分别为m1和m2的两个小物块用轻绳连结,绳跨过位于倾角α=30°的光滑斜面顶端的轻滑轮,滑轮与转轴之间的摩擦不计,斜面固定在水平桌面上,如图所示.第一次,m1悬空,m2放在斜面上,用t表示m2自斜面底端由静止开始运动至斜面顶端所需的时间.第二次,将m1和m2位置互换,使m2悬空,m1放在斜面上,发现m1自斜面底端由静止开始运动至斜面顶端所需的时间为.求m1与m2之比.

解:第一次,小物块受力情况如图所示,设T1为绳中张力,a1为两物块加速度的大小, l为斜面长,则有

                      (1)

                 (2)

                            (3)

第二次,m1与m2交换位置.设绳中张力为T2,两物块加速度的大小为a2,则有

        (4)

        (5)

        (6)

由 (1)、(2) 式注意到α =30°得

        (7)

由 (4)、(5) 式注意到α =30°得

        (8)

由 (3)、(6) 式得

        (9)

由 (7)、(8)、(9) 式可解得

        (10)

5、如图2—4所示,用轻质细绳连接的A和B两个物体,沿着倾角为α的斜面匀速下滑,问A与B之间的细绳上有弹力吗?

解析:弹力产生在直接接触并发生了形变的物体之间,现在细绳有无形变无法确定.所以从产生原因上分析弹力是否存在就不行了,应结合物体的运动情况来分析.

隔离A和B,受力分析如图2—4甲所示,设弹力T存在,将各力正交分解,由于两物体匀速下滑,处于平衡状态,所以有:

……①

……②

设两物体与斜面间动摩擦因数分别为、,则

……③

……④

由以上①②③④可解得: 

若T=0,应有:   

由此可见,当时,绳子上的弹力T为零.

若,绳子上一定有弹力吗?

我们知道绳子只能产生拉力.

当弹力存在时,应有:T>0即   

6、有一轻质木板AB长为L,A端用铰链固定在竖直墙上,另一端用水平轻绳CB拉住。板上依次放着A、B、C三个圆柱体,半径均为r,重均为G,木板与墙的夹角为θ,如图1—8所示,不计一切摩擦,求BC绳上的张力。

解析    以木板为研究对象,木板处于力矩平衡状态,若分别以圆柱体A、B、C为研究对象,求A、B、C对木板的压力,非常麻烦,且容易出错。若将A、B、C整体作为研究对象,则会使问题简单化。

以A、B、C整体为研究对象,整体受

到重力3G、木板的支持力F和墙对整体的

支持力FN,其中重力的方向竖直向下,如

图1—8—甲所示。合重力经过圆柱B的轴

心,墙的支持力FN垂直于墙面,并经过圆

柱C的轴心,木板给的支持力F垂直于木

板。由于整体处于平衡状态,此三力不平

行必共点,即木板给的支持力F必然过合

重力墙的支持力FN的交点.

根据共点力平衡的条件:∑F=0,可得:F=3G/sinθ.

由几何关系可求出F的力臂  L=2rsin2θ+r/sinθ+r·cotθ

以木板为研究对象,受力如图1—8—乙所示,选A点

为转轴,根据力矩平衡条件∑M=0,有:

F·L=T·Lcosθ

解得绳CB的能力: 

7、如图所示,绳子不可伸长,绳和滑轮的质量不计,摩擦不计.重物A和B的质量分别为m1和m2,求当左边绳的上端剪断瞬间,两重物的加速度.

左边上端绳断瞬时,其余绳上

力尚未及改变,A、B受力如图答6-5,则有;,又

,,可得   

8、如图所示,A为定滑轮,B为动滑轮,摩擦不计,滑轮及线的质量不计,三物块的质量分别为m1、m2、m3 ,求:⑴物块m1的加速度;⑵两根绳的张力T1和T2 .

如图答6-6设定

坐标方向及线上拉力,对m1、m2、m3建立运动方程   ① 

②   ③  又④,而由三者位移关系: 

设三者位移各为s1、s2、s3,m2与m3相对滑轮B的位移设为x,对m2有x= s2+ s1,

对m3有x= s3- s1,则2 s1= s3- s2,故加速度关系为  ⑤由上列五式可得

  

9、如图所示,在以加速度a行驶的车厢内,有一长为L,质量为m的棒AB靠在光滑的后壁上,棒与车厢底面间的摩擦因数为μ.为了使棒不滑动,

棒与竖直平面所成的夹角θ应在什么范围内?

棒不向右滑,受力如图答6-9所示,水平方向:,竖直方向:,以A端为支点,应满足:

,可得。

棒不向左滑,受力如图答6-10所示,对A端有:

,得,

所以  

10、如图所示,已知方木块的质量为m,楔形体的质量为M,斜面倾角为θ,滑轮

及绳子的质量可忽略,各接触面之间光滑,求楔形体M的加速度.下载本文

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