- 用牛顿运动定律解决问题(二)
- 共11872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.
(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.
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( )
正确答案
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.
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( )
正确答案
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.
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≤20
N.
答:拉力F的大小范围为10N≤f≤20
N.
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≤20
N.
答:拉力F的大小范围为10N≤f≤20
N.
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≤
.
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°.
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.
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:
=2π
m2≈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:
=2π
m2≈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.
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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