- 用牛顿运动定律解决问题(二)
- 共11872题
如图,固定于竖直面内的粗糙斜杆,与水平方向夹角为30°,质量为m=1kg的小球套在杆上,小球与杆间动摩擦因数为μ=
,在大小不变的拉力作用下,小球沿杆由底端匀速运动到顶端(假设小球具备一定初速度),为使拉力最小,拉力F与杆的夹角α=______,拉力大小F=______N.
正确答案
30°
5
解析
解:小球匀速运动,根据平衡条件,在沿杆方向上有:
Fcosα=mgsin30°+μ(mgcos30°-Fsinα)
整理得:Fcosα+μFsinα=10
F=•10
由数学知识知当cosα+μsinα最大值为=
此时arctan=60° 则α=90°-60°=30°
Fmin==5
N
故答案为:30° 5N.
如图,通过细绳栓在一重物上的氢气球,在水平向右的恒定风力作用下处于静止状态,细绳与竖直方向的夹角为θ.已知风力大小正比于风速,则当风速改变时,始终保持不变的是( )
正确答案
解析
解:C、D、对气球和重物整体受力分析,受重力(M+m)g、浮力F浮、支持力N、风力F和摩擦力f,根据平衡条件,有:
N=(M+m)g-F浮 ①
f=F ②
由①式,地面对重物的支持力不变,故C正确;
由②式,地面对重物的摩擦力随着风力的变化而变化,故D错误;
A、B、对气球受力分析,受重力、浮力、细线的拉力和水平风力,如图所示,根据平衡条件,有:
Tsinθ=F
F浮-Tcosθ-mg=0
解得:
T= ③
tanθ= ④
由③式,拉力随着风力的增加而增加,而细线对物体的拉力等于细线对气球的拉力,故B错误;
由④式,细绳与竖直方向的夹角随着风力的增加而增加,故A错误;
故选:C.
出门旅行时,在车站、机场等地有时会看见一些旅客推着行李箱,也有一些旅客拉着行李箱在地面上行走.为了了解两种方式哪种省力,我们作以下假设:行李箱的质量为m=10kg,拉力F1、推力F2与水平方向的夹角均为θ=37°(如图所示),行李箱与地面间为滑动摩擦力,动摩擦因数为μ=0.2,行李箱都做匀速运动.试通过定量计算说明是拉箱子省力还是推箱子省力.
正确答案
解:对行李箱进行受力分析,并画出受力分析图.应用正交分解拉行李箱时,如图1:
F1cosθ=f1 …①
F1sinθ+FN1=mg…②
又f1=μFN1 …③
解之得:F1==21.7N…④
推行李箱时,如图2:
F2cosθ=f2…⑤
FN2=F2sinθ+mg…⑥
又f2=μFN2 …⑦
解之得:F2==29.4N…⑧
则F1<F2,即拉箱子时省力.
答:拉箱子省力.
解析
解:对行李箱进行受力分析,并画出受力分析图.应用正交分解拉行李箱时,如图1:
F1cosθ=f1 …①
F1sinθ+FN1=mg…②
又f1=μFN1 …③
解之得:F1==21.7N…④
推行李箱时,如图2:
F2cosθ=f2…⑤
FN2=F2sinθ+mg…⑥
又f2=μFN2 …⑦
解之得:F2==29.4N…⑧
则F1<F2,即拉箱子时省力.
答:拉箱子省力.
表面光滑、半径为R的半球固定在水平地面上,球心O的正上方O′处有一无摩擦定滑轮,轻质细绳两端各系一个小球挂在定滑轮上,如图所示.两小球平衡时,若滑轮两侧细绳的长度分别为L1=2.4R和L2=2.5R,则这两个小球的质量之比m1:m2为(不计球的大小)( )
正确答案
解析
解:先以左侧小球为研究对象,分析受力情况:重力m1g、绳子的拉力T和半球的支持力N,作出力图.
由平衡条件得知,拉力T和支持力N的合力与重力mg大小相等、方向相反.设OO′=h,根据三角形相似得:
=
解得:
m1g=…①
同理,以右侧小球为研究对象,得:
m2g=…②
由①:②得
m1:m2=l2:l1=25:24
故选:D.
如图所示,倾角为θ的斜面体C置于粗糙水平面上,物块B置于斜面上,已知B、C间的动摩擦因素为μ=tanθ,B通过细绳跨过光滑的定滑轮与物块A相连,连接B的一段细绳与斜面平行,A、B的质量分别为m、M.现给B一初速度,使B沿斜面下滑,C始终处于静止状态,则在B下滑过程中,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、C间的动摩擦因素为μ=tanθ,即如果B不受绳子拉力,则mgsinθ=μmgcosθ,B匀速下滑
但是绳子对B有沿斜面向上的拉力,故B一定是减速下滑,A正确;
B、以AB整体为研究对象,根据牛顿第二定律:
mg+μMgcosθ-Mgsinθ=(M+m)a
得:a==
,故B正确;
C、对C受力分析,B给的压力mgcosθ和摩擦力μmgcosθ,因为μ=tanθ,所以二者的矢量和等于mg,方向竖直向下,即C在水平方向上没有运动趋势,故C水平方向不受地面的摩擦力,C错误;
D、由前面分析知B对C的作用力等于其重力Mg,根据平衡条件知则水平面对C的支持力与B、C的总重力大小相等,D正确;
故选:ABD.
如图,一长为L的轻杆一端用光滑铰链与地面上的O点连接,另一端固定着质量为m的小球,小球靠在一表面光滑的立方体M的左侧,轻杆与水平地面成α角,M的右侧受到水平向左推力F的作用,整个装置处于静止状态.下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、以m为研究对象进行受力分析,小球受到重力、立方体的作用力与杆的作用力,受力如图1,则:
所以:
由牛顿第三定律可知,小球对立方体的作用力的大小F1′也是;
以立方体M为研究对象,则立方体在水平方向受到推力与小球的作用力F1′的作用,在竖直方向受到重力与支持力的作用处于平衡状态,所以:
①.故A错误;
B、由①式可得,当略微增大α角时,若使系统仍保持静止,则轻杆对小球的作用力F将减小.故B正确;
C、D、将小球的速度沿水平方向与竖直方向分解,如图2,则:
vx=v1•sinα
当m与M分离时,m沿水平方向的分速度与M的水平速度相等,则:v2=v1sinα,可知撤去推力F后,小球在落地之前和立方体分离.故C正确,D错误.
故选:BC
如图所示,A、B两小球固定在水平放置的细杆上,相距为l,两小球各用一根长也是l的细绳连接小球C,三个小球的质量都是m.则杆对小球A的作用力的大小为______,方向为______.
正确答案
解:对C球受力如图1所示,根据平衡条件有:
2Tcos30°=mg
解得:T=mg
杆对小球A的作用力是杆对A球的支持力N和摩擦力f的合力,设大小为F,方向与竖直方向的夹角为α.
对A球受力如图2所示,根据平衡条件有:
Tsin60°+mg=Fcosα
Tcos60°=Fsinα,
解之得:F=mg;α=arctan
.
故答案为:mg;竖直向上偏左α角,其中α=arctan
解析
解:对C球受力如图1所示,根据平衡条件有:
2Tcos30°=mg
解得:T=mg
杆对小球A的作用力是杆对A球的支持力N和摩擦力f的合力,设大小为F,方向与竖直方向的夹角为α.
对A球受力如图2所示,根据平衡条件有:
Tsin60°+mg=Fcosα
Tcos60°=Fsinα,
解之得:F=mg;α=arctan
.
故答案为:mg;竖直向上偏左α角,其中α=arctan
在我国东北寒冷的冬季,狗拉雪橇是人们出行的常见交通工具,如图所示.一质量为30kg的小孩坐在10.6kg的钢制滑板的雪橇上,狗用与水平方向成37°斜向上的拉力拉雪橇,雪橇与冰道间的动摩擦因数为0.02,求狗要用多大的力才能够拉雪橇匀速前进.(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)
正确答案
解:对小孩和雪橇整体受力分析如图所示,雪橇匀速运动时有
竖直方向:(M+m)g=FN+Fsin37°①
水平方向:Fcos37°=f ②
又 f=μFN ③
由①②③得:狗拉雪橇匀速前进要用力为 =10 N
答:狗要用10N的力才能够拉雪橇匀速前进.
解析
解:对小孩和雪橇整体受力分析如图所示,雪橇匀速运动时有
竖直方向:(M+m)g=FN+Fsin37°①
水平方向:Fcos37°=f ②
又 f=μFN ③
由①②③得:狗拉雪橇匀速前进要用力为 =10 N
答:狗要用10N的力才能够拉雪橇匀速前进.
如图所示,轻质光滑滑轮两侧用细绳连着两个物体A与B,物体B放在水平地面上,A、B均静止.已知A和B的质量分别为mA、mB,绳与水平方向的夹角为θ,则( )
正确答案
解析
解:A、物体B在绳子拉力作用下有向右运动的趋势而保持相对于地静止,地面对B一定有静摩擦力.故A错误.
B、C、以B为研究对象,分析受力,作出力图如图所示.
根据平衡条件,物体B受到的摩擦力:
f=Fcosθ
物体B受到的支持力:
FN=mBg-Fsinθ
又F=mAg
得到:
f=mAgcosθ
FN=mBg-mAgsinθ.
故B正确,C错误.
D、滑轮通过绳子对天花板的拉力大小:
F拉=2Fcos()=2mAgcos(45°-
θ).故D正确.
故选:BD
平行金属板水平放置,板间距为0.6cm,两板接上6×103V电压,板间有一个带电液滴质量为4.8×10-10g,处于静止状态,则油滴上有元电荷数目是(g取10m/s2)( )
正确答案
解析
解:平行金属板板间场强为E=,带电液滴所受电场力为F=qE.带电液滴在匀强电场中处于静止状态,电场力与重力平衡,则有
mg=q,
得到q=
油滴上元电荷的数目为n==
=
个=30个
故选B
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