1.如图所示,在倾角α=37°的斜面上,有一质量为5 kg的物体沿斜面滑下,物体与斜面间的动摩擦因数μ=0.2,求物体下滑2 s的时间内,物体所受各力的冲量.(g取10 m/s2,sin 37°=0.
6,cos 37°=0.8)
答案】重力的冲量: 100 n·s,方向竖直向下。
支持力的冲量: 80 n·s,方向垂直斜面向上。
摩擦力的冲量: 16 n·s,方向沿斜面向上。
解析】重力的冲量:ig=g·t=mg·t=5×10×2 n·s=100 n·s,方向竖直向下;
支持力的冲量:if=f·t=mgcosα·t=5×10×0.8×2 n·s=80 n·s,方向垂直斜面向上;
摩擦力的冲量:iff=ff·t=μmgcosα·t=0.2×5×10×0.8×2 n·s=16 n·s,方向沿斜面向上.
2.如图所示,倾角θ=37°的斜面固定在水平面上,质量m=1.0 kg的小物块受到沿斜面向上的f=9.
0 n的拉力作用,小物块由静止沿斜面向上运动,小物块与斜面间的动摩擦因数μ=0.25,在小物块沿斜面向上运动2 m时,将拉力f撤去(斜面足够长,取g=10 m/s2,sin 37°=0.60,cos37°=0.
80).求:
1)在拉力的作用过程中,小物块加速度的大小;
2)撤销拉力f后小物块沿斜面向上运动的距离;
3)小物块沿斜面向上运动过程中摩擦力的冲量.
答案】(1)1.0 m/s2 (2)0.25 m (3)4.5 n·s,方向沿斜面向下。
解析】(1)摩擦力ff=μmgcosθ=2 n设加速度为a1,根据牛顿第二定律有f-ff-mgsinθ=ma1,解得a1=1.0 m/s2;
2)设撤去拉力前小物块运动的距离为x1,撤去拉力时小物块的速度为v,v2=2a1x1,撤去拉力后小物块加速度和向上运动的距离大小分别为a2、x2,有v=2 m/s,ff+mgsinθ=ma2,a2=8 m/s2,v2=2a2x2解得x2=0.25 m;
3)外力f撤除前物体运动时间t1==2 s,外力f撤除后物体向上运动时间t2==0.25 s小物块沿斜面向上运动过程中摩擦力的冲量iff=ff(t1+t2)=4.5 n·s,方向沿斜面向下.
3.如图所示,质量为1 kg的钢球从5 m高处自由下落,又**到离地面3.2 m高处,若钢球和地面之间的作用时间为0.1 s,求钢球对地面的平均作用力大小.(g取10 m/s2)
答案】190 n
解析】钢球落到地面时的速度大小为v0==10 m/s,**时向上运动的速度大小为vt==8 m/s,分析物体和地面的作用过程,取向上为正方向,根据动量定理得(fn-mg)t=mvt-(-mv0),代入数据,解得fn=190 n,由牛顿第三定律知钢球对地面的平均作用力大小为190 n.
4.质量为0.5 kg的弹性小球,从1.25 m高处自由下落,与地板碰撞后回跳高度为0.8 m,g取10 m/s2.
1)若地板对小球的平均冲力大小为100 n,求小球与地板的碰撞时间;
2)若小球与地板碰撞无机械能损失,碰撞时间为0.1 s,求小球对地板的平均冲力.
答案】(1)0.047 s (2)55 n,方向竖直向下。
解析】(1)碰撞前的速度:v1==5 m/s,方向竖直向下,碰撞后的速度:v2==4 m/s,方向竖直向上,取竖直向上为正方向,碰撞过程由动量定理得:
(f-mg)δt=mv2-(-mv1),解得δt≈0.047 s;
2)由于小球与地板碰撞无机械能损失,故碰撞后球的速度:v2′=5 m/s,方向竖直向上,由动量定理得(f′-mg)δt′=mv2′-(mv1),解得f′=55 n,由牛顿第三定律得小球对地板的平均冲力大小为55 n,方向竖直向下.
5.如图所示,长l=0.2 m的细线上端固定在o点,下端连接一个质量为m=0.
5 kg的小球,悬点o距地面的高度h=0.35 m,开始时将小球提到o点而静止,然后让它自由下落,当小球到达使细线被拉直的位置时,刚好把细线拉断,再经过t=0.1 s落到地面,如果不考虑细线的形变,g=10 m/s2,试求:
1)细线拉断前后的速度大小和方向;
2)假设细线由拉直到断裂所经历的时间为δt=0.1 s,试确定细线的平均张力大小.
答案】(1)2 m/s,方向竖直向下 1 m/s,方向竖直向下 (2)10 n
解析】(1)细线拉断前,小球下落过程机械能守恒:mgl=mv
得v1==2 m/s,方向竖直向下.
设细线断后球速为v2,方向竖直向下,由h-l=v2t+gt2,可得:v2=1 m/s,方向竖直向下。
2)设细线的平均张力为f,方向竖直向上.取竖直向上为正方向,由动量定理可得: (f-mg)δt=-mv2-(-mv1)
解得:f=+mg=10 n.
6.质量为1 kg的物体静止放在足够大的水平桌面上,物体与桌面间的动摩擦因数为μ=0.4,有一大小为5 n的水平恒力f作用于物体上,使之加速前进,经3 s后撤去f,求物体运动的总时间.(g=10 m/s2)
答案】3.75 s
解析】物体由开始运动到停止的全过程中,f的冲量为ft1,摩擦力的冲量为fft.选水平恒力f的方向为正方向,根据动量定理有。
ft1-fft=0①
又ff=μmg②
联立①②式解得t=,代入数据解得t=3.75 s.
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