- 用牛顿运动定律解决问题(二)
- 共11872题
如图所示,物体的质量m=4.4kg,用与竖直方向成θ=37°的斜向右上方的推力F把该物体压在竖直墙壁上,并使它沿墙壁在竖直方向上做匀速直线运动.物体与墙壁间的动摩擦因数u=0.5,取重力加速度g=10m/s2,试分别求出物体向上和向下运动时推力F的大小.(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
正确答案
解:1、当物体匀速向上滑动时,受力分析如右上图所示,根据平衡条件有
水平方向:FN=Fsinθ
竖直方向:Fcosθ=Ff+mg
又因为:Ff=μFN
由以上三式可解得:
F=
2、当物体匀速向下滑动时,受力分析如右下图所示,根据平衡条件有
水平方向:FN=Fsinθ
竖直方向:Fcosθ+Ff=mg
又因为:Ff=μFN
由以上三式可解得:
F=
答:当物体向上滑动时F=88N 当物体向下滑动时F=40N.
解析
解:1、当物体匀速向上滑动时,受力分析如右上图所示,根据平衡条件有
水平方向:FN=Fsinθ
竖直方向:Fcosθ=Ff+mg
又因为:Ff=μFN
由以上三式可解得:
F=
2、当物体匀速向下滑动时,受力分析如右下图所示,根据平衡条件有
水平方向:FN=Fsinθ
竖直方向:Fcosθ+Ff=mg
又因为:Ff=μFN
由以上三式可解得:
F=
答:当物体向上滑动时F=88N 当物体向下滑动时F=40N.
如图所示,一质量为m的均质吊灯,用六条轻质绳索悬挂静止不动,绳与吊灯的连接点均匀,分布在吊灯的圆周上,绳与水平方向的夹角均为60°,则每条绳所承受的拉力为( )
正确答案
解析
解:吊灯受重力和6个拉力,将细线的拉力沿着水平和竖直方向正交分解,根据共点力平衡条件,有:
6(Tsin60°)=mg
解得:
T=mg
故选:D.
如图所示,在光滑的水平面上有一质量为M、倾角为θ的光滑斜面,一质量为m的物块从斜面上由静止下滑.下面给出的物块在下滑过程中对斜面压力大小FN的四个表达式中,只有一个是正确的,你可能不会求解,但是你可以通过分析,对下列表达式做出合理的判断.根据你的判断,合理的表达式应为( )
正确答案
解析
解:对斜面压力与斜面对m支持力是一对作用反作用力.
FN的水平分力FN1=FNsinθ,N的竖直分力FN2=FNcosθ,
对M、m整体:水平方向不受外力,动量守恒有:mVx=MV.
整个系统无摩擦,只有重力做功,设斜面高为h,由机械能守恒得.
mgh=mV物2+
MV2,
设下滑时间为t,对M由动量定理:FNsinθ•t=MV,
对m:竖直方向,由动量定理:(mg-FNcosθ)•t=mVy,
在水平方向,由动量定理:FNsinθ•t=mVx,
又由于 V物2=Vx2+Vy2,
解以上方程可得,
FN=
故选:D
(2015秋•河南月考)一根弹性细绳劲度系数为k,将其一端固定,另一端穿过一光滑小孔O系住一质量为m的小滑块,滑块放在水平地面上.当细绳竖直时,小孔O到悬点的距离恰为弹性细绳原长,小孔O到正下方水平地面上 P点的距离为h(h<
)滑块与水平地面间的动摩擦因数为μ,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,弹性细绳始终在其弹性限度内.求:当滑块置于水平面能保持静止时,滑块到P点的最远距离.
正确答案
解:当滑块到P点的最远距离时,静摩擦力恰好达到最大值.
对滑块受力如图所示,分析可知,
Fcosθ=μFN …①
Fsinθ+FN=mg …②
由胡克定律:F=kx …③
根据几何关系有:xsinθ=h …④
xcosθ=L …⑤
由以上可得L=
答:当滑块置于水平面能保持静止时,滑块到P点的最远距离为.
解析
解:当滑块到P点的最远距离时,静摩擦力恰好达到最大值.
对滑块受力如图所示,分析可知,
Fcosθ=μFN …①
Fsinθ+FN=mg …②
由胡克定律:F=kx …③
根据几何关系有:xsinθ=h …④
xcosθ=L …⑤
由以上可得L=
答:当滑块置于水平面能保持静止时,滑块到P点的最远距离为.
如图所示,在绳OA,OC,弹簧OB共同的作用下,重物处于静止,绳OA与竖直方向的夹角θ=45°,弹簧OB处于水平状态,重物的重力为100N,求绳OA,弹簧OB所受的拉力大小各为多大?
正确答案
解:对结点O进行受力分析,如图所示.
则OA与OB二力的合力与OC的拉力大小相等,方向相反;
FOAsinθ=FOB …①
FOAcosθ=FOC=G…②
代入已知数据解得OA、OB两绳的拉力FOA、FOB分别为:
FOA=100N,FOB=100N
答:0A、OB的拉力分别为100N,和100N.
解析
解:对结点O进行受力分析,如图所示.
则OA与OB二力的合力与OC的拉力大小相等,方向相反;
FOAsinθ=FOB …①
FOAcosθ=FOC=G…②
代入已知数据解得OA、OB两绳的拉力FOA、FOB分别为:
FOA=100N,FOB=100N
答:0A、OB的拉力分别为100N,和100N.
如图所示,一物块在水平力(如图中箭头所示)作用下,在木板上滑动.该水平力的大小0.5mg,若使长木板水平并固定,物块在木板上向左做匀速运动.重力加速度为g.
(1)求物块与木板间的动摩擦因数.
(2)若使木板与水平方向间夹角为37°并固定,物块在木板上加速下滑,求物块从静止出发滑下距离L所需的时间.(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
正确答案
解:(1)当以0.5mg的水平力作用于物体时,恰可使物体在木板上匀速运动,根据平衡条件,有:
F=0.5mg=μmg
解得:μ=0.5
(2)使木板与水平方向间夹角为37°并固定,物块在木板上加速下滑,根据牛顿第二定律,有:
平行斜面方向:mgsin37°-f=ma
垂直斜面方向:N-mgcos37°=0
其中:f=μN
联立解得:a=g(sin37°-μcos37°)=10×(0.6-0.5×0.8)m/s2=2m/s2
物块从静止出发滑下距离L过程,根据位移公式,有:
L=
故t=
答:物块从静止出发滑下距离L所需的时间为秒.
解析
解:(1)当以0.5mg的水平力作用于物体时,恰可使物体在木板上匀速运动,根据平衡条件,有:
F=0.5mg=μmg
解得:μ=0.5
(2)使木板与水平方向间夹角为37°并固定,物块在木板上加速下滑,根据牛顿第二定律,有:
平行斜面方向:mgsin37°-f=ma
垂直斜面方向:N-mgcos37°=0
其中:f=μN
联立解得:a=g(sin37°-μcos37°)=10×(0.6-0.5×0.8)m/s2=2m/s2
物块从静止出发滑下距离L过程,根据位移公式,有:
L=
故t=
答:物块从静止出发滑下距离L所需的时间为秒.
一个人用与水平方向成θ=37°角的斜向下的推力F推一个质量为20kg的木箱,箱子恰能在水平面上以4m/s的速度匀速前进,如图(a)所示,箱子与水平地面间的动摩擦因数为μ=0.50.
(1)试求出推力F的大小;
(2)若在此后某一时刻该人不改变力F的大小,只把力F的方向瞬间变为与水平方向成37°角斜向上,如图(b)所示,则此后经过2s箱子运动多远距离?
正确答案
解:(1)因为木箱做匀速运动,所以水平方向和竖直方向均受力平衡,则由平衡条件得
水平方向:f1=Fcosθ
竖直方向:N1=Fsinθ+mg
又由摩擦力公式f1=μN1
联立以上三式得 F=200N
(2)当F改变方向后,木箱向右做匀加速运动,初速度为v0=4m/s,
由牛顿第二定律可得,Fcosθ-f2=ma
竖直方向处于平衡:N2+Fsinθ=mg
摩擦力公式:f2=μFN2
以上三式联立可得:a=6m/s2
由
答:
(1)推力F的大小是200N;
(2)此后经过2s箱子运动20m的距离.
解析
解:(1)因为木箱做匀速运动,所以水平方向和竖直方向均受力平衡,则由平衡条件得
水平方向:f1=Fcosθ
竖直方向:N1=Fsinθ+mg
又由摩擦力公式f1=μN1
联立以上三式得 F=200N
(2)当F改变方向后,木箱向右做匀加速运动,初速度为v0=4m/s,
由牛顿第二定律可得,Fcosθ-f2=ma
竖直方向处于平衡:N2+Fsinθ=mg
摩擦力公式:f2=μFN2
以上三式联立可得:a=6m/s2
由
答:
(1)推力F的大小是200N;
(2)此后经过2s箱子运动20m的距离.
(2015秋•黄石期末)如图所示,轻绳OA、OB能承受的最大拉力分别为30N、50N,现于O点系一物体,为了确保绳子不被拉断,问所挂物体的重力不得超过多少?
正确答案
解:对O点受力分析,受三个拉力,如图所示
根据平衡条件,有:,
轻绳OA、OB能承受的最大拉力分别为30N、50N,
故随着重力的增加,OB绳子拉力首先达到最大值,
当FB=50N时,所挂物体的重力最大,则有:
G=FBcos30°=25N
答:所挂物体的重力不得超过25N.
解析
解:对O点受力分析,受三个拉力,如图所示
根据平衡条件,有:,
轻绳OA、OB能承受的最大拉力分别为30N、50N,
故随着重力的增加,OB绳子拉力首先达到最大值,
当FB=50N时,所挂物体的重力最大,则有:
G=FBcos30°=25N
答:所挂物体的重力不得超过25N.
(2015秋•金台区月考)一根长为l=20cm的丝线吊着一质量为m=2×10-3kg,带电荷量为q=5×10-5C 的小球静止在水平向右的匀强电场中,如图所示,丝线与竖直方向成37°角,现突然将该电场方向变为竖直向下且大小不变,不考虑因电场的改变而带来的其他影响(重力加速度g=10m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8),求:
(1)匀强电场的电场强度的大小;
(2)小球经过最低点时丝线的拉力.
正确答案
解:(1)小球静止在电场中的受力分析如图所示:
显然小球带正电,由平衡条件得:
mgtan 37°=Eq
解得:E==300N/C
(2)电场方向变成竖直向下后,小球开始做圆周运动,重力、电场力对小球做正功.小球由静止位置运动到最低点时,由动能定理得:
(mg+qE)(1-cos 37°)l=mv2
由圆周运动知识,在最低点时,有:FT-(mg+qE)=m
联立以上各式,解得:FT=mg=4.9×10-2N
答:(1)匀强电场的电场强度的大小为300N/C;
(2)小球经过最低点时丝线的拉力为4.9×10-2N.
解析
解:(1)小球静止在电场中的受力分析如图所示:
显然小球带正电,由平衡条件得:
mgtan 37°=Eq
解得:E==300N/C
(2)电场方向变成竖直向下后,小球开始做圆周运动,重力、电场力对小球做正功.小球由静止位置运动到最低点时,由动能定理得:
(mg+qE)(1-cos 37°)l=mv2
由圆周运动知识,在最低点时,有:FT-(mg+qE)=m
联立以上各式,解得:FT=mg=4.9×10-2N
答:(1)匀强电场的电场强度的大小为300N/C;
(2)小球经过最低点时丝线的拉力为4.9×10-2N.
(2014秋•东莞期末)如图1所示,竖直平面内有不计电阻、宽L=1m的∩型光滑金属框架,其上部分有一个正方形的区域存在随时间变化的匀强磁场B,B-t图如图2所示(垂直框架向里为磁场的正方向).框架下部分有一个虚线所示的区域有垂直框架平面向里的匀强磁场B0=1T,一根质量为m、电阻r=1Ω的金属棒ab跨放框架上与框架接触良好,在第1s内,金属棒恰好能静止.
(1)在第1s内流过金属棒的感应电流的方向;
(2)金属棒的质量m为多少;
(3)在1~3s内要使金属棒ab静止,需在棒上加一个竖直方向的拉力F,求F的大小.
正确答案
解:(1)在第1s内,金属棒恰好能静止,则受到的安培力的方向向上,大小与重力相等,由左手定则可知,电流的方向由a向b.
(2)金属棒恰好能静止,受到的安培力大小与重力相等,即:B0IL=mg
图2得出磁感应强度B的变化率,T/s
由法拉第电磁感应定律:V
感应电流:
所以,金属棒的质量:kg
(3)在1~3s内向里的磁通量减小,由楞次定律可知,感应电流的方向为顺时针方向,由b向a流过金属棒.
磁感应强度B的变化率:T/s
电动势:V
安培力:F′=B0I′L=1×1×1=1N
由左手定则可知,在1~3s内安培力的方向向下,若要平衡,则:F-F′-mg=0
所以:F=F′+mg=1+0.2×10=3N
答:(1)在第1s内流过金属棒的感应电流的方向为由a向b;
(2)金属棒的质量m为0.2kg;
(3)在1~3s内要使金属棒ab静止,需在棒上加一个竖直方向的拉力F,F的大小是3N.
解析
解:(1)在第1s内,金属棒恰好能静止,则受到的安培力的方向向上,大小与重力相等,由左手定则可知,电流的方向由a向b.
(2)金属棒恰好能静止,受到的安培力大小与重力相等,即:B0IL=mg
图2得出磁感应强度B的变化率,T/s
由法拉第电磁感应定律:V
感应电流:
所以,金属棒的质量:kg
(3)在1~3s内向里的磁通量减小,由楞次定律可知,感应电流的方向为顺时针方向,由b向a流过金属棒.
磁感应强度B的变化率:T/s
电动势:V
安培力:F′=B0I′L=1×1×1=1N
由左手定则可知,在1~3s内安培力的方向向下,若要平衡,则:F-F′-mg=0
所以:F=F′+mg=1+0.2×10=3N
答:(1)在第1s内流过金属棒的感应电流的方向为由a向b;
(2)金属棒的质量m为0.2kg;
(3)在1~3s内要使金属棒ab静止,需在棒上加一个竖直方向的拉力F,F的大小是3N.
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