- 用牛顿运动定律解决问题(二)
- 共11872题
如图所示,倾角为30°的光滑斜面静止在水平地面上,斜面上放一质量为2kg的小球,球被垂直于斜面的固定挡板挡住而处于静止状态,g取10m/s2.
(1)求挡板受到小球的压力的大小和方向;
(2)求斜面受到小球的压力的大小和方向;
(3)此时斜面受到水平地面的摩擦力吗?如果受到地面的摩擦力,说明此摩擦力的方向;如果不受地面的摩擦力,简要说明理由.
正确答案
解:(1)以小球为研究对象,分析受力,受力如图,则由平衡条件得:挡板对小球的支持力 F=mgsin30°=10N
据牛顿第三定律得知,小球对挡板的压力大小F压=F=10N,方向垂直挡板向下.
(2)对小球的支持力 N=mgcos30°=20×N=10
N
据牛顿第三定律得知:小球对斜面的压力大小为 N压=10N,方向垂直斜面向下.
(3)此时斜面不受到水平地面的摩擦力.
以斜面、小球、挡板组成整体为研究对象,水平方向不受外力,根据平衡条件得知,地面对斜面没有摩擦力.
答:
(1)挡板受到小球的压力的大小为10N,方向垂直挡板向下.
(2)斜面受到小球的压力的大小为10N,方向垂直斜面向下.
(3)此时斜面不受到水平地面的摩擦力.
以斜面、小球、挡板组成整体为研究对象,水平方向不受外力,根据平衡条件得知,地面对斜面没有摩擦力.
解析
解:(1)以小球为研究对象,分析受力,受力如图,则由平衡条件得:挡板对小球的支持力 F=mgsin30°=10N
据牛顿第三定律得知,小球对挡板的压力大小F压=F=10N,方向垂直挡板向下.
(2)对小球的支持力 N=mgcos30°=20×N=10
N
据牛顿第三定律得知:小球对斜面的压力大小为 N压=10N,方向垂直斜面向下.
(3)此时斜面不受到水平地面的摩擦力.
以斜面、小球、挡板组成整体为研究对象,水平方向不受外力,根据平衡条件得知,地面对斜面没有摩擦力.
答:
(1)挡板受到小球的压力的大小为10N,方向垂直挡板向下.
(2)斜面受到小球的压力的大小为10N,方向垂直斜面向下.
(3)此时斜面不受到水平地面的摩擦力.
以斜面、小球、挡板组成整体为研究对象,水平方向不受外力,根据平衡条件得知,地面对斜面没有摩擦力.
如图所示,用两根轻绳和一根轻弹簧将质量均为m的A、B两小球以及水平天花板上的固定点O之间两两连接,然后用一水平方向的力F作用于A球上,此时两根轻绳均处于直线状态,且OB绳恰好处于竖直方向,两球均处于静止状态,已知三段长度之比为OA:AB:OB=3:4:5.试确定:
(1)弹簧OA的拉力.
(2)若突然将F撤去,则撤去瞬间,小球A的加速度.
正确答案
解:(1)已知三段长度之比为OA:AB:OB=3:4:5,所以∠AOB=53°.由几何知识得到,由题意,OB恰好处于竖直方向,说明轻绳AB对B球没有拉力,则A球受到重力mg、水平力F和弹簧OA的拉力T,如图,根据平衡条件得:
T==
mg
(2)突然将F撤去的瞬间,弹簧的弹力没有来得及变化,则小球A所受的合力大小与F大小相等,即:F合=F=mgtan53°=ma
得:a==
,方向水平向左.
答:(1)弹簧OA的拉力为.
(2)若突然将F撤去,则撤去瞬间,小球A的加速度是.
解析
解:(1)已知三段长度之比为OA:AB:OB=3:4:5,所以∠AOB=53°.由几何知识得到,由题意,OB恰好处于竖直方向,说明轻绳AB对B球没有拉力,则A球受到重力mg、水平力F和弹簧OA的拉力T,如图,根据平衡条件得:
T==
mg
(2)突然将F撤去的瞬间,弹簧的弹力没有来得及变化,则小球A所受的合力大小与F大小相等,即:F合=F=mgtan53°=ma
得:a==
,方向水平向左.
答:(1)弹簧OA的拉力为.
(2)若突然将F撤去,则撤去瞬间,小球A的加速度是.
如图所示,沿光滑的竖直墙壁用网兜把一个足球挂在A点.当悬线变短时,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:分析足球的受力情况:重力G、悬线的拉力T和墙的支持力N,作出力图,由平衡条件得:T、N的合力F与G大小相等、方向相反,即有 F=G.
由平衡条件得
N=Ftanθ=Gtanθ
T=F=
当悬线变短时,θ增大,cosθ减小,sinθ增大,则得N增大,T增大.
根据牛顿第三定律得知:球对墙的压力N′=N,则N′增大.故B增大.
故选B
如图,木箱重500N,放在水平地面上,一个人用大小为200N与水平方向成30°向上的力拉木箱,木箱沿地平面匀速运动,求木箱受到的摩擦力和地面所受的压力.
正确答案
解:木箱受力示意图,木箱匀速运动,根据平衡条件有:
Fcosθ-f=0
Fsinθ+N-G=0
则木箱受到的摩擦力 f=Fcosθ=200×cos30°N=100N,地面对木箱的支持力 N=G-Fsinθ=500-200×sin30°=400(N)
根据牛顿第三定律得:木箱对地面的压力N′=N=400N.
答:木箱受到的摩擦力为100N,地面所受的压力为400N.
解析
解:木箱受力示意图,木箱匀速运动,根据平衡条件有:
Fcosθ-f=0
Fsinθ+N-G=0
则木箱受到的摩擦力 f=Fcosθ=200×cos30°N=100N,地面对木箱的支持力 N=G-Fsinθ=500-200×sin30°=400(N)
根据牛顿第三定律得:木箱对地面的压力N′=N=400N.
答:木箱受到的摩擦力为100N,地面所受的压力为400N.
如图所示,两段等长细线串接着两个质量相等的小球a、b,悬挂于O点.现在两个小球上分别加上水平方向的外力,其中作用在b球上的力大小为F、作用在a球上的力大小为3F,则此装置平衡时的位置可能是下列哪幅图( )
正确答案
解析
解:设每个球的质量为m,oa绳、ab绳和竖直方向的夹角分别为α、β.
以两个小球组成的整体为研究对象,分析其受力情况,如图1,根据平衡条件可知,oa绳的方向不可能沿竖直方向,否则整体的合力不为零,不能保持平衡.
由平衡条件得:tanα==
以b球为研究对象,分析受力情况,如图2,由平衡条件得:tanβ=,则α=β.即两绳与竖直方向的夹角相等,故B正确.
故选:B.
如图,在粗糙的水平面上,静置一矩形木块,木块由A、B两部分组成,A的质量是B的3倍,两部分接触面竖直且光滑,夹角θ=30°,现用一与侧面垂直的水平力F推着B木块贴着A匀速运动,A木块依然保持静止,则A受到的摩擦力大小与B受到的摩擦力大小之比为( )
正确答案
解析
解:分析B在水平面内的受力情况:推力F、水平面的摩擦力fB、A的弹力N,如图,由平衡条件得:
N=fBtanθ
再对A分析水平面内受力情况:B的弹力N′和静摩擦力fA,由平衡条件得:N′=fA.
根据牛顿第三定律得知,N′=N,则得 fA=fBtanθ
得到 fA:fB=tanθ=tan30°=
故选C
如图a所示,质量为m的物体放在倾角θ=30°的粗糙斜面上,现在用与斜面底边平行、大小为F=
mg的力推物体,物体恰能在斜面上斜向下匀速直线运动,在图b上画出物体在平行于斜面上的受力分析示意图,并求物体与斜面之间的动摩擦因数.
正确答案
解:将物体的重力分解为垂直于斜面和平行于斜面两个方向的分力,在垂直于斜面的方向上,物体受到的支持力与重力垂直斜面的分力平衡.则
支持力FN=mgcosθ=
在斜面内,物体所受的推力F、摩擦力Ff与重力的平行斜面的分力mgsinθ平衡,如图所示.
由物体的平衡条件得:滑动摩擦力Ff==
mg
所以物体与斜面间的动摩擦因数为μ==
答:物体与斜面之间的动摩擦因数为.
解析
解:将物体的重力分解为垂直于斜面和平行于斜面两个方向的分力,在垂直于斜面的方向上,物体受到的支持力与重力垂直斜面的分力平衡.则
支持力FN=mgcosθ=
在斜面内,物体所受的推力F、摩擦力Ff与重力的平行斜面的分力mgsinθ平衡,如图所示.
由物体的平衡条件得:滑动摩擦力Ff==
mg
所以物体与斜面间的动摩擦因数为μ==
答:物体与斜面之间的动摩擦因数为.
一个质量m=0.5kg的滑块在倾角为θ=37°的足够长的固定斜面上,受到一个大小为10N的水平推力F作用,以v0=10m/s的速度沿斜面匀速上滑.(sin37°=0.6,cos37°=0.8取g=10m/s2)
(1)作出滑块的受力分析图,将F和重力进行正交分解,并且求出滑块与斜面间的动摩擦因数;
(2)若滑块运动到A点时立即撤去推力F,求这以后滑块上滑的最大距离.
正确答案
解:(1)对滑块受力分析如图所示.
则有:
FN=mgcosθ+Fsinθ
mgsinθ+Ff=Fcosθ
又 Ff=μFN
联立解得:μ=0.5
(2)撤去力F后,支持力变为:FN′=mgcosθ
摩擦力变为:Ff′=μmgcosθ
加速度大小为:a==g(μcosθ+sinθ)
代入数值,解得:a=10m/s2
上滑的最大距离为:x==
=5m
答:(1)作出滑块的受力分析图如图,滑块与斜面间的动摩擦因数是0.5;
(2)若滑块运动到A点时立即撤去推力F,这以后滑块上滑的最大距离是5m.
解析
解:(1)对滑块受力分析如图所示.
则有:
FN=mgcosθ+Fsinθ
mgsinθ+Ff=Fcosθ
又 Ff=μFN
联立解得:μ=0.5
(2)撤去力F后,支持力变为:FN′=mgcosθ
摩擦力变为:Ff′=μmgcosθ
加速度大小为:a==g(μcosθ+sinθ)
代入数值,解得:a=10m/s2
上滑的最大距离为:x==
=5m
答:(1)作出滑块的受力分析图如图,滑块与斜面间的动摩擦因数是0.5;
(2)若滑块运动到A点时立即撤去推力F,这以后滑块上滑的最大距离是5m.
(2016春•新疆校级月考)如图所示,水平细杆上套一环A,环A与球B间用一轻质绳相连,质量分别为mA、mB,由于球B受到风力作用,环A与球B一定向右做匀速运动.已知细绳与竖直方向的夹角为θ,求球B受到的风力,环A与水平细杆间的动摩擦因数.
正确答案
解:对球B受力分析,受重力、风力和拉力,如图,根据共点力平衡条件,有:
F=mBgtanθ
把环和球当作一个整体,对其受力分析,受重力(mA+mB)g、支持力N、风力F和向左的摩擦力f,如右图:
根据共点力平衡条件可得:
N=(mA+mB)g,
f=F
则A环与水平细杆间的动摩擦因数为:
答:球B受到的风力为,环A与水平细杆间的动摩擦因数为
.
解析
解:对球B受力分析,受重力、风力和拉力,如图,根据共点力平衡条件,有:
F=mBgtanθ
把环和球当作一个整体,对其受力分析,受重力(mA+mB)g、支持力N、风力F和向左的摩擦力f,如右图:
根据共点力平衡条件可得:
N=(mA+mB)g,
f=F
则A环与水平细杆间的动摩擦因数为:
答:球B受到的风力为,环A与水平细杆间的动摩擦因数为
.
一球重量为G,置于两光滑的平面之间,已知一平面竖直放置,另一平面与竖直方向成θ角,则球对两平面的压力分别为______,______.
正确答案
解析
解:小球的受力如图,根据平行四边形定则,
对竖直板的压力F=
对倾斜板的压力F′=
故答案为:;
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