牛顿第二定律典型例题及答案有:
例1:一质量为$m$的物体在与水平方向成$30^{\circ}$角斜向上的拉力作用下,由静止开始沿水平面运动,物体与水平面之间的动摩擦因数为$\mu $,求物体运动的加速度。
【分析】
对物体受力分析,根据牛顿第二定律求加速度。
【解答】
根据牛顿第二定律得,物体运动的加速度为:$a = \frac{F - \mu mg}{m} = \frac{F}{m} - \mu g\cos 30^{\circ}$。
例2:一质量为$m$的小球,从沙坑的上边缘处掉落至下边缘处经历时间$t$,已知小球在沙坑中受到的平均阻力大小为$f$,重力加速度大小为$g$,求沙坑的深度。
【分析】
根据牛顿第二定律求出小球在沙坑中受到的合力,再根据加速度的定义式求出沙坑的深度。
【解答】
根据牛顿第二定律得,小球在沙坑中受到的合力为:$F = mg - f$,加速度为:$a = \frac{F}{m}$,则沙坑的深度为:$h = \frac{1}{2}at^{2} = \frac{1}{2}(mg - f)t^{2}$。
例3:一质量为$m$的小车在光滑水平面上以速度$v_{0}$匀速前进时,突然车后座上站有一个质量为$\frac{m}{2}$的人以某一速度离开小车,小车将做什么运动?小车离开人后速度多大?
【分析】
人离开小车后小车受力不变,根据牛顿第二定律求出加速度,再根据速度时间公式求出小车的速度。
【解答】
人离开小车后小车受力不变,加速度不变,根据牛顿第二定律得:$a = \frac{F}{m} = 0$,则小车的速度为:$v = v_{0} + at = v_{0}$。
例4:一质量为$m$的小球从高为$H$处自由下落,当它与地面的碰撞反弹后速度大小为碰撞前的一半时,设小球受到空气阻力的大小恒为$f$,则小球对地面的平均冲击力的大小约为多少?
【分析】
选取向上为正方向,对小球反弹过程运用动能定理和动量定理求出小球反弹后的速度大小和方向,再对小球下落过程运用动能定理求出小球落地时的速度大小和方向,再根据动量定理求出小球对地面的平均冲击力的大小。
【解答】
选取向上为正方向,对小球反弹过程由动能定理得:$- f(H + h) = 0 - \frac{1}{2}mv^{2}$,解得:$v = \sqrt{\frac{2f(H + h)}{m}}$;对小球下落过程由动能定理得:$- mgH = 0 - \frac{1}{2}mv^{2}$,解得:$v = \sqrt{\frac{2gH}{m}}$;取向下为正方向,由动量定理得:$(mg - F)t = 0 - mv$;解得:$F = \frac{mv + mgt}{t + m}$;代入数据解得:$F \approx 4mg + 3f$。
例题:
质量为5kg的物体在水平面上以一定的初速度向右做匀减速运动。已知物体与水平面间的动摩擦因数为μ=0.2,求物体受到的摩擦力的大小和方向。
解析:
物体做匀减速运动,加速度大小为a=μg=0.2×10=2m/s²,方向与初速度方向相反。
根据牛顿第二定律,有:$f = ma = 5 \times 2 = 10N$
所以物体受到的摩擦力为10N,方向水平向左。
答案:摩擦力的大小为10N,方向水平向左。