17.解(1)根据牛顿第二定律得:
=
=4m/s2 =
=18m
答:(1)物体的加速度a的大小为4m/s2; (2)物体在t=3.0s时内通过的距离为18m
18.解:(1)运动员从a点做平抛运动,竖直位移为:y=Lsin30°=20m, 竖直方向上,由运动学公式得:y=代入数据解得空中飞行时间为:t=2s (2)水平方向上的位移为:x=Lcos30°=20水平方向上,由运动学公式得:x=v0t
代入数据解得运动员从a处飞出的速度大小为:v0=10
m/s
m
gt2
(3)运动员到达b处时,在竖直方向上由运动学公式得:vy=gt=20m/s 根据勾股定理得:vb=
m/s
代入数据解得运动员在b处着陆的速度大小为:vb=答:(1)运动员在空中飞行的时间为2s; (2)运动员从a处飞出的速度大小为10(3)运动员在b处着陆的速度大小为
m/s; m/s。
19.解:(1)向心力沿水平方向,由平行四边形定则,得拉力: T=
=500N
(2)由牛顿第二定律,得: mgtan37°=其中 R0=7.5m 解得,v=7.5m/s
(3)由几何关系,座椅离地高度h=1.8m 由平抛运动规律,得: x=vt
h=
解得,x=4.5m
由勾股定理,落地点与游艺机中心距离为: r'=
≈8.7m
答:(1)座椅受到绳子的拉力大小为500N; (2)小明运动的线速度大小为7.5m/s;
(3)小明随身带的玻璃球从座椅上不慎滑落,落地点与游艺机转轴(即图2中O1点)的距离为8.7m 20.解:(1)由牛顿第二定律可知,行星做圆周运动的向心力等于行星与恒星之间的引力: F引=F向=m
r ①
=k ② ∝④
⑤
③
根据开普勒第三定律可知:由①②可知:F引=4π2k由对称性,可知:F引∝
根据牛顿第三定律可知,力的作用是相互的,可知:F引∝从而可知:F=G
。
(2)a.设月球的质量为m,地球质量为M,根据牛顿第二定律有:
①
设苹果的质量为m′,地球半径为R,根据牛顿第二定律有:
②
由题意知:r=60R ③ 联立①②③式可得:
═
b.由向心加速度的表达式得:a=其中:v=
联立④⑤可得:a=
代入相关数据可得:≈
比较(1)中的结果,二者近似相等,由此可以得出结论:牛顿的猜想是正确的,即地球对月球的引力,地面上物体的重力,都与太阳吸引行星的力性质相同,遵循着统一的规律平方反比规律。 c.月球绕地球做匀速圆周运动,由万有引力提供所需要的向心力,则有:
=m月
r
即:
苹果剪离树枝前所需要的向心力:Fn=m苹
r
苹果受到的万有引力:F引=
苹果的运行周期等于地球自转周期,小于月球的周期,则:Fn=m苹r>m苹r==F引,
因此当苹果剪离树枝后,有 Fn>F引,即苹果需要的向心力大于万有引力,苹果将沿着速度方向做离心运动,不会落回地面。
假如有一颗在赤道上的苹果树,长到了月亮的高度,在树枝上苹果长势如图所示:
答:(1)如上所述;
(2)a.月球公转的向心加速度a和苹果下落的加速度g的比值为
;
b.牛顿的猜想是正确的,即地球对月球的引力,地面上物体的重力,都与太阳吸引行星的力性质相同,遵循着统一的规律平方反比规律; c.如上图所示,不会落回地面。
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