牛頓第二定律典型例題及答案有:
例1:一質量為$m$的物體在與水平方向成$30^{\circ}$角斜向上的拉力作用下,由靜止開始沿水平面運動,物體與水平面之間的動摩擦因數為$\mu $,求物體運動的加速度。
【分析】
對物體受力分析,根據牛頓第二定律求加速度。
【解答】
根據牛頓第二定律得,物體運動的加速度為:$a = \frac{F - \mu mg}{m} = \frac{F}{m} - \mu g\cos 30^{\circ}$。
例2:一質量為$m$的小球,從沙坑的上邊緣處掉落至下邊緣處經歷時間$t$,已知小球在沙坑中受到的平均阻力大小為$f$,重力加速度大小為$g$,求沙坑的深度。
【分析】
根據牛頓第二定律求出小球在沙坑中受到的合力,再根據加速度的定義式求出沙坑的深度。
【解答】
根據牛頓第二定律得,小球在沙坑中受到的合力為:$F = mg - f$,加速度為:$a = \frac{F}{m}$,則沙坑的深度為:$h = \frac{1}{2}at^{2} = \frac{1}{2}(mg - f)t^{2}$。
例3:一質量為$m$的小車在光滑水平面上以速度$v_{0}$勻速前進時,突然車后座上站有一個質量為$\frac{m}{2}$的人以某一速度離開小車,小車將做什么運動?小車離開人后速度多大?
【分析】
人離開小車后小車受力不變,根據牛頓第二定律求出加速度,再根據速度時間公式求出小車的速度。
【解答】
人離開小車后小車受力不變,加速度不變,根據牛頓第二定律得:$a = \frac{F}{m} = 0$,則小車的速度為:$v = v_{0} + at = v_{0}$。
例4:一質量為$m$的小球從高為$H$處自由下落,當它與地面的碰撞反彈后速度大小為碰撞前的一半時,設小球受到空氣阻力的大小恒為$f$,則小球對地面的平均沖擊力的大小約為多少?
【分析】
選取向上為正方向,對小球反彈過程運用動能定理和動量定理求出小球反彈后的速度大小和方向,再對小球下落過程運用動能定理求出小球落地時的速度大小和方向,再根據動量定理求出小球對地面的平均沖擊力的大小。
【解答】
選取向上為正方向,對小球反彈過程由動能定理得:$- f(H + h) = 0 - \frac{1}{2}mv^{2}$,解得:$v = \sqrt{\frac{2f(H + h)}{m}}$;對小球下落過程由動能定理得:$- mgH = 0 - \frac{1}{2}mv^{2}$,解得:$v = \sqrt{\frac{2gH}{m}}$;取向下為正方向,由動量定理得:$(mg - F)t = 0 - mv$;解得:$F = \frac{mv + mgt}{t + m}$;代入數據解得:$F \approx 4mg + 3f$。
例題:
質量為5kg的物體在水平面上以一定的初速度向右做勻減速運動。已知物體與水平面間的動摩擦因數為μ=0.2,求物體受到的摩擦力的大小和方向。
解析:
物體做勻減速運動,加速度大小為a=μg=0.2×10=2m/s2,方向與初速度方向相反。
根據牛頓第二定律,有:$f = ma = 5 \times 2 = 10N$
所以物體受到的摩擦力為10N,方向水平向左。
答案:摩擦力的大小為10N,方向水平向左。