• 用牛顿运动定律解决问题(二)
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题型:简答题
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简答题

如图所示,物体质量为m,靠在粗糙的竖直墙上,物体与墙之间的动摩擦因数为μ,若要使物体沿着墙向下匀速运动,则外力F的大小为多少?

正确答案

解:当物体沿墙向下运动时,分析物体的受力情况:物体受到重力mg、外力F、墙的弹力FN和滑动摩擦力Ff,如图所示,把F沿竖直和水平方向正交分解.

水平方向:Fcosα=FN

竖直方向:mg=Fsinα+Ff

又Ff=μFN,解得:F=

答:外力F的大小为

解析

解:当物体沿墙向下运动时,分析物体的受力情况:物体受到重力mg、外力F、墙的弹力FN和滑动摩擦力Ff,如图所示,把F沿竖直和水平方向正交分解.

水平方向:Fcosα=FN

竖直方向:mg=Fsinα+Ff

又Ff=μFN,解得:F=

答:外力F的大小为

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题型:简答题
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简答题

(2015秋•潍坊期末)如图所示,质量为m,半径为r的球在平台与竖直墙面之间保持静止,A、B为球与平台及墙面间的接触点.已知A点与墙面间相距r,重力加速度为g,球质量分布均匀,不计一切摩擦.求:

(1)A点对球的支持力;

(2)球对B点的压力.

正确答案

解:(1、2)设OA与水平方向的夹角为θ,A点对球得支持力为F1,B对球得支持力为F2,小球处于静止状态,受力平衡,根据平衡条件得:

F1sinθ-mg=0,

F1cosθ-F2=0,

根据几何关系得:,则θ=60°,

解得:

根据牛顿第三定律可知,球对B点的压力为

答:(1)A点对球的支持力为

(2)球对B点的压力为

解析

解:(1、2)设OA与水平方向的夹角为θ,A点对球得支持力为F1,B对球得支持力为F2,小球处于静止状态,受力平衡,根据平衡条件得:

F1sinθ-mg=0,

F1cosθ-F2=0,

根据几何关系得:,则θ=60°,

解得:

根据牛顿第三定律可知,球对B点的压力为

答:(1)A点对球的支持力为

(2)球对B点的压力为

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题型: 多选题
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多选题

随着社会的发展,微型汽车越来越多地进入了普通百姓家庭,在微型汽车的随车工具中,有一种替代“液压千斤顶”的简单机械顶,其结构如图所示:AB、BC、CD、DA为四根相同的钢管,A、B、C、D四点用铰链相连接,BD为一螺栓,其螺母在D点外侧,此“顶”在工作时,不断拧紧D处螺母,使BD间距离变小,从而使AC间距离增大,以达到顶起汽车一个轮子的目的.(假设轮子被顶起时A端受到的压力等于车的重力),下列关于该简单机械的判断中正确的是(  )

A在将汽车缓慢顶起的过程中,施加在把手上的力(施力方式不变)越来越小

B在将汽车缓慢顶起的过程中,施加在把手上的力(施力方式不变)不变

C在很久未使用的螺纹轴上添加适量润滑油,既可以省力又可以省功

D适当地加大把手的旋转半径,既可以省力又可以省功

正确答案

A,C

解析

解:A、对A点分析可知,AB杆和AD杆对A点的作用力,将汽车缓慢顶起的过程中,θ减小,则FT减小,可知施加在把手上的力(施力方式不变)越来越小,故A正确,B错误.

C、在很久未使用的螺纹轴上添加适量润滑油,可以省力,根据功能关系知,也可以省功,省摩擦力功,故C正确.

D、适当地加大把手的旋转半径,根据力矩平衡知,可以省力,但是不省功,故D错误.

故选:AC.

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题型: 单选题
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单选题

如图所示,两相同轻质硬杆OO1、OO2可绕其两端垂直纸面的水平轴O、O1、O2转动,O点悬挂一重物M,将两相同木块m紧压在竖直挡板上,此时整个系统保持静止.Ff表示木块与挡板间摩擦力的大小,FN表示木块与挡板间正压力的大小.若挡板间的距离稍许增大后,系统仍静止且O1、O2始终等高,则(  )

AFf 变小

BFf 变大

CFN变小

DFN变大

正确答案

D

解析

解:A、B、先对三个物体以及支架整体受力分析,受重力(2m+M)g,2个静摩擦力,两侧墙壁对整体有一对支持力,根据平衡条件,有:2Ff=(M+2m)g,解得Ff=(M+2m)g,故静摩擦力不变,故A错误,B错误;

C、D、将细线对O的拉力按照效果正交分解,如图

设两个杆夹角为θ,则有F1=F2=

再将杆对滑块m的推力F1按照效果分解,如图

根据几何关系,有

Fx=F1•sin

故Fx=•sin=,若挡板间的距离稍许增大后,角θ变大,Fx变大,故滑块m对墙壁的压力变大,故C错误,D正确;

故选D.

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题型:简答题
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简答题

如图所示,物体的质量为2kg,两根轻细绳AB和AC的一端连接于竖直墙上,另一端系于物体上,在物体上另施加一个方向与水平线成θ=60°的拉力F,若要使绳都能伸直,求拉力F的大小范围.(g取10m/s2

正确答案

解:对A球受力分析,受到拉力F,重力mg,两根细绳的拉力FB、FC

如图所示,根据平衡条件,有:

x方向:Fcos60°=FCcos30°+FBcos30°

y方向:Fsin60°+FBsin30°=mg+FCsin30°

解得:FB=mg-F

FC=F-mg

当FB=0时,F最大,为:Fmax=20N;

当FC=0时,F最小,为:Fmin=10N;

故拉力F的范围为:10N≤f≤20N.

答:拉力F的大小范围为10N≤f≤20N.

解析

解:对A球受力分析,受到拉力F,重力mg,两根细绳的拉力FB、FC

如图所示,根据平衡条件,有:

x方向:Fcos60°=FCcos30°+FBcos30°

y方向:Fsin60°+FBsin30°=mg+FCsin30°

解得:FB=mg-F

FC=F-mg

当FB=0时,F最大,为:Fmax=20N;

当FC=0时,F最小,为:Fmin=10N;

故拉力F的范围为:10N≤f≤20N.

答:拉力F的大小范围为10N≤f≤20N.

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题型:简答题
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简答题

如图所示,倾角为α的斜面上有一个质量为m的物块,在与斜面成β角斜向上的外力F作用下处于静止状态.已知物块和斜面的动摩擦因数μ<tanα,假设物块与斜面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力.求F的大小范围.

正确答案

解:分析滑块受力情况,F的最小值Fmin对应静摩擦力沿斜面向上,并取最大值.

此时滑块受力如图所示:

根据平衡有:N+Fminsinβ-mgcosα=0      ①

Fmincosβ+f-mgsinα=0          ②

f=μN    ③

由①②两式解得:Fmin=

F的最大值Fmax对应静摩擦力沿斜面向下,并取最大值,此时受力图如下图所示:

根据平衡有:

N′+Fmaxsinβ-mgcosα=0           ④

Fmaxcosβ-f-mgsinα=0            ⑤

由③④⑤式解得:

Fmax=

答:F的取值范围为:≤F≤

解析

解:分析滑块受力情况,F的最小值Fmin对应静摩擦力沿斜面向上,并取最大值.

此时滑块受力如图所示:

根据平衡有:N+Fminsinβ-mgcosα=0      ①

Fmincosβ+f-mgsinα=0          ②

f=μN    ③

由①②两式解得:Fmin=

F的最大值Fmax对应静摩擦力沿斜面向下,并取最大值,此时受力图如下图所示:

根据平衡有:

N′+Fmaxsinβ-mgcosα=0           ④

Fmaxcosβ-f-mgsinα=0            ⑤

由③④⑤式解得:

Fmax=

答:F的取值范围为:≤F≤

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题型:填空题
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填空题

两个可视为质点的小球a和b,用质量可忽略的刚性细杆相连,放置在一个光滑的半球面内,如图所示.已知小球a和b的质量之比为,细杆长度是球面半径的倍.两球处于平衡状态时,细杆与水平面的夹角θ=______

正确答案

15°

解析

解:设细杆对两球的弹力大小为T,小球a、b的受力情况如图所示:

其中球面对两球的弹力方向指向圆心,即有:

cosα==

解得:α=45°

故FNa的方向为向上偏右,即β1=-45°-θ=45°-θ

FNb的方向为向上偏左,即β2=-(45°-θ)=45°+θ

两球都受到重力、细杆的弹力和球面的弹力的作用,过O作竖直线交ab于c点,设球面的半径为R,由相似三角形可得:

=

解得:FNa=FNb

取a、b及细杆组成的整体为研究对象,由平衡条件得:水平方向上有:

FNa•sin β1=FNb•sin β2

即 FNa•sin(45°-θ)=FNb•sin(45°+θ)

解得:θ=15°.

故选答案为:15°.

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题型:简答题
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简答题

如图所示,在倾角为θ的光滑斜面上,重为G的物体受到未知水平推力F的作用,使物体静止不动,则:

(1)物体对斜面的压力为多大?

(2)水平推力F为多大?

正确答案

解:(1)分析物体的受力情况,如图.根据平衡条件得

 N=,则由牛顿第三定律知,物体对斜面的压力大小N′=N=

(2)水平推力 F=Gtanθ

答:

(1)物体对斜面的压力大小为

(2)水平推力为Gtanθ.

解析

解:(1)分析物体的受力情况,如图.根据平衡条件得

 N=,则由牛顿第三定律知,物体对斜面的压力大小N′=N=

(2)水平推力 F=Gtanθ

答:

(1)物体对斜面的压力大小为

(2)水平推力为Gtanθ.

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题型:简答题
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简答题

建筑工地上的黄沙堆成圆锥形,而且不管如何堆其角度是不变的.若测出其圆锥底的周长为12.5m,高为1.5m,如图所示.

(1)试求黄沙之间的动摩擦因数.(保留2位有效数字)

(2)若将该黄沙靠墙堆放,占用的场地面积至少为多少?(可用根式表示结果)

正确答案

解:(1)沙堆表面上的沙粒受到重力、弹力和摩擦力的作用而静止,则:

mgsinθ=f

N=mgcosθ

其中:

f=μN

所以:

μ=tanθ===≈0.75,

故θ=37°(θ称为摩擦角)

(2)因为黄沙是靠墙堆放的,只能堆成半个圆锥状,由于体积不变,θ不变,要使占场地面积最小,则取Rx为最小,所以有hx=μRx,根据体积公式,该堆黄沙的体积为:

因为靠墙堆放只能堆成半个圆锥,故,解得:,占地面积至少为:

=2πm2≈9.97m2

答:(1)黄沙之间的动摩擦因数为0.75.

(2)若将该黄沙靠墙堆放,占用的场地面积至少为9.97m2

解析

解:(1)沙堆表面上的沙粒受到重力、弹力和摩擦力的作用而静止,则:

mgsinθ=f

N=mgcosθ

其中:

f=μN

所以:

μ=tanθ===≈0.75,

故θ=37°(θ称为摩擦角)

(2)因为黄沙是靠墙堆放的,只能堆成半个圆锥状,由于体积不变,θ不变,要使占场地面积最小,则取Rx为最小,所以有hx=μRx,根据体积公式,该堆黄沙的体积为:

因为靠墙堆放只能堆成半个圆锥,故,解得:,占地面积至少为:

=2πm2≈9.97m2

答:(1)黄沙之间的动摩擦因数为0.75.

(2)若将该黄沙靠墙堆放,占用的场地面积至少为9.97m2

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题型:简答题
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简答题

如图所示,一个质量为m=2kg的均匀球体,放在倾角θ=37°的光滑斜面上,并被斜面上一个竖直的光滑挡板挡住,处于平衡状态.求球体对挡板和斜面的压力.

正确答案

解:球受三个力:G、F1、F2.如图.

根据平衡条件得

   F1=Gtan37°=mgtan37°=15N

   F2===25N

由牛顿第三定律得:

   球体对挡板的压力大小:F1′=F1=15N,方向水平向左

球体对斜面的压力的大小:F2′=F2=25N,方向垂直斜面向下

答:球体对挡板为15N,方向水平向左;斜面的压力为25N,方向垂直斜面向下.

解析

解:球受三个力:G、F1、F2.如图.

根据平衡条件得

   F1=Gtan37°=mgtan37°=15N

   F2===25N

由牛顿第三定律得:

   球体对挡板的压力大小:F1′=F1=15N,方向水平向左

球体对斜面的压力的大小:F2′=F2=25N,方向垂直斜面向下

答:球体对挡板为15N,方向水平向左;斜面的压力为25N,方向垂直斜面向下.

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