• 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,水平面上有一个倾角为θ=30°的斜劈,质量为m.一个光滑小球,质量也为m,用绳子悬挂起来,绳子与斜面的夹角为α=30°,整个系统处于静止状态.

(1)求出绳子的拉力T;

(2)若地面对斜劈的最大静摩擦力fm等于地面对斜劈的支持力的k倍,为了使整个系统始终保持静止,k值必须满足什么条件?

正确答案

解:(1)对小球:受到重力mg、斜面的支持力N1和绳子的拉力T三个力作用,由平衡条件得

   mgsinθ=Tcosα

解得:

(2)对整体:受到总重力2mg、地面的支持力N和摩擦力f,绳子的拉力T,则由平衡条件得

   Tcos(α+θ)=f

   Tsin(α+θ)+N=2mg

依题意,有:f≤fm=kN

解得:

答:(1)绳子的拉力T是

(2)为了使整个系统始终保持静止,k值必须满足的条件是k≥

解析

解:(1)对小球:受到重力mg、斜面的支持力N1和绳子的拉力T三个力作用,由平衡条件得

   mgsinθ=Tcosα

解得:

(2)对整体:受到总重力2mg、地面的支持力N和摩擦力f,绳子的拉力T,则由平衡条件得

   Tcos(α+θ)=f

   Tsin(α+θ)+N=2mg

依题意,有:f≤fm=kN

解得:

答:(1)绳子的拉力T是

(2)为了使整个系统始终保持静止,k值必须满足的条件是k≥

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题型:简答题
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简答题

在水平地面上放一木板B,重力为G2=100N,再在木板上放一货箱A,重力为G1=500N,设货箱与木板、木板与地面的动摩擦因数μ均为0.5,先用绳子把货箱与墙拉紧,如图所示,已知tgθ=,然后在木板上施一水平力F,想把木板从货箱下抽出来,F至少应为多大?

正确答案

解:以A为研究对象,物体的受力图如图,根据平衡条件得

     Tcosθ=f

     N+Tsinθ=G1

 又f=μN  

得N=363.64N,f=181.81N

再以B为研究对象,分析受力得知,B水平方向受到拉力、A对B水平向右的摩擦力f′和地面对B水平向右的摩擦力f1

根据牛顿第三定律得:f′=f=181.81N

由平衡条件得:

  N1=N′+G2

  Fmin=f′+f1

其中N′=N,f1=μN1=μ(N+G2)=231.81N

∴Fmin=413.6N

答:想把木板从货箱下抽出来,F至少应为413.6N.

解析

解:以A为研究对象,物体的受力图如图,根据平衡条件得

     Tcosθ=f

     N+Tsinθ=G1

 又f=μN  

得N=363.64N,f=181.81N

再以B为研究对象,分析受力得知,B水平方向受到拉力、A对B水平向右的摩擦力f′和地面对B水平向右的摩擦力f1

根据牛顿第三定律得:f′=f=181.81N

由平衡条件得:

  N1=N′+G2

  Fmin=f′+f1

其中N′=N,f1=μN1=μ(N+G2)=231.81N

∴Fmin=413.6N

答:想把木板从货箱下抽出来,F至少应为413.6N.

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题型:简答题
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简答题

(2015秋•海口校级月考)如图,两段轻绳AB和AC的一端分别连接于竖直墙上的B、C两点,另一端结于A点,且悬挂重为10N的重物.另在A点施加一个方向与水平成θ=30°的拉力F,使两段轻绳被拉直.求F的范围.

正确答案

解:对A点受力分析,如图所示,由平衡条件得:

Fy=Fsinθ+F1sinθ-mg=0…①

Fx=Fcosθ-F2-F1cosθ=0…②

由①②式分别得:

F=-F1…③

F=…④

要使两绳都能绷直,则有:

F1≥0…⑤

F2≥0…⑥

由③⑤式得F有最大值:

Fmax==

由④⑥式得F有最小值:

Fmin==

则F的范围为10N≤F≤20N

答:综合得F的取值范围10N≤F≤20N.

解析

解:对A点受力分析,如图所示,由平衡条件得:

Fy=Fsinθ+F1sinθ-mg=0…①

Fx=Fcosθ-F2-F1cosθ=0…②

由①②式分别得:

F=-F1…③

F=…④

要使两绳都能绷直,则有:

F1≥0…⑤

F2≥0…⑥

由③⑤式得F有最大值:

Fmax==

由④⑥式得F有最小值:

Fmin==

则F的范围为10N≤F≤20N

答:综合得F的取值范围10N≤F≤20N.

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题型: 单选题
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单选题

(2015秋•南昌校级期末)如图所示,用绳索将重球挂在墙上,不考虑墙的摩擦.如果把绳的长度增加一些,则球对绳的拉力F1和球对墙的压力F2的变化情况是(  )

AF1增大,F2减小

BF1减小,F2增大

CF1和F2都减小

DF1和F2都增大

正确答案

C

解析

解:以小球为研究对象,分析受力如图.设绳子与墙的夹角为θ,由平衡条件得

     F1′=,F2′=mgtanθ

根据牛顿第三定律得

    球对绳的拉力F1=F1′=

    球对墙的压力F2=F2′=mgtanθ

把绳的长度增大,θ减小,cosθ增大,tanθ减小,则得到F1和F2都减小.

故选:C

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题型: 单选题
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单选题

(2015秋•合肥校级期末)如图所示,把球夹在竖直墙AC和木板BC之间,不计摩擦,球对墙的压力为F1,对木板的压力为F2.在将板BC逐渐放至水平的过程中,下列说法中,正确的是(  )

AF1和F2都增大

BF1和F2都减小

CF1增大,F2减小

DF1减小,F2增大

正确答案

B

解析

解:设木板和墙的夹角为α.

如图建立坐标系对小球进行受力分析,由于小静止处于平衡状态,满足平衡条件F=0.

F1为斜面对小球的支持力,F2为挡板对小球的支持力

据平衡条件有:

  F合x=F1-F2cosα=0

  F合y=F2sinα-mg=0

由此得:F2=,F1=mgcotα

由题意,α增大,则得,F1减小,F2减小.故B正确.

故选:B.

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题型: 多选题
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多选题

如图所示,质量为M、半径为R的半球形物体A放在水平地面上,通过最高点处的钉子用水平轻质细线拉住一质量为m、半径为r的光滑球B,A、B均静止.则(  )

AB对A的压力大小为mg

B细线对小球的拉力大小为mg

CA对地面的压力大小为(M+m)g

D地面对A有水平向左的摩擦力

正确答案

B,C

解析

解:A、对小球受力分析,如图所示:

根据平衡条件,有:

F=,T=mgtanθ

其中cosθ=

tanθ=

故:F=mg,T=mg,故A错误,B正确;

C、对AB整体受力分析,受重力和支持力,相对地面无相对滑动趋势,故不受摩擦力,根据平衡条件,支持力等于整体的重力,为(M+m)g;根据牛顿第三定律,整体对地面的压力与地面对整体的支持力是相互作用力,大小相等,故对地面的压力等于(M+m)g,故C正确,D错误;

故选:BC.

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题型: 单选题
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单选题

(2015秋•邢台期末)如图所示,在建筑装修中,工人用质量为m的磨石对斜壁进行打磨,当对磨石施加竖直向上的推力F时,磨石恰好沿斜壁匀速向上匀速运动.已知斜壁竖直方向的夹角为θ,重力加速度为g,则磨石受到的摩擦力大小是 (  )

A(F-mg)cosθ

B(mg-F)sinθ

C(mg-F)tanθ

D

正确答案

A

解析

解:磨石受重力、推力、斜壁的弹力及摩擦力而处于平衡状态,

由图可知,F一定大于重力;

先将重力及向上的推力合力后,将二者的合力向垂直于斜面方向及沿斜面方向分解,在沿斜面方向有:摩擦力:

f=(F-mg)cosθ;

故选:A

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题型:简答题
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简答题

如图所示,一质量m=2.6kg的木块置于水平地面上,当用与水平方向成θ=37°夹角的拉力F=10N拉木块时,木块做匀速直线运动.

(1)对木块受力分析,画出力的示意图,并建立直角坐标分解拉力F;

(2)求木块受到的支持力N和摩擦力f;

(3)如果撤去拉力F,当木块处于静止时,分别改用水平拉力F1=2N,F2=7N拉木块时,求木块受到的摩擦力大小各是多少.(g=10m/s2,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)

正确答案

解:(1)木块做匀速直线运动,受到四个力:重力、拉力F和水平地面的支持力和摩擦力,画出力的示意图如图所示,建立直角坐标分解拉力F如图所示;

(2)根据平衡条件得:

  N=Fsinθ+G,得:N=10×sin37°+2.6×10=32N

  f=Fcosθ,得:f=10×cos37°=8N

(3)由f=μN得:μ==0.25

则撤去拉力F后木块的最大静摩擦力 fmax=μmg=0.25×2.6×10=6.5N

当F1=2N,F1<fmax,木块静止不动,f1=F1=2N

当F2=7N,F2>fmax,f2=μmg=6.5N

答:

(1)木块受到四个力:重力、拉力F和水平地面的支持力和摩擦力,画出力的示意图,并建立直角坐标分解拉力F如图所示;

(2)木块受到的支持力N和摩擦力f分别为32N和8N;

(3)如果撤去拉力F,当木块处于静止时,分别改用水平拉力F1=2N,F2=7N拉木块时,木块受到的摩擦力大小各是2N和6.5N.

解析

解:(1)木块做匀速直线运动,受到四个力:重力、拉力F和水平地面的支持力和摩擦力,画出力的示意图如图所示,建立直角坐标分解拉力F如图所示;

(2)根据平衡条件得:

  N=Fsinθ+G,得:N=10×sin37°+2.6×10=32N

  f=Fcosθ,得:f=10×cos37°=8N

(3)由f=μN得:μ==0.25

则撤去拉力F后木块的最大静摩擦力 fmax=μmg=0.25×2.6×10=6.5N

当F1=2N,F1<fmax,木块静止不动,f1=F1=2N

当F2=7N,F2>fmax,f2=μmg=6.5N

答:

(1)木块受到四个力:重力、拉力F和水平地面的支持力和摩擦力,画出力的示意图,并建立直角坐标分解拉力F如图所示;

(2)木块受到的支持力N和摩擦力f分别为32N和8N;

(3)如果撤去拉力F,当木块处于静止时,分别改用水平拉力F1=2N,F2=7N拉木块时,木块受到的摩擦力大小各是2N和6.5N.

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题型: 单选题
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单选题

(2015秋•湖北月考)如图,将一根长为L的弹性细绳左右两端固定在同一水平线上相距为L的M、N两点时,弹性细绳恰为自然长度,现将一重量为G的钩码挂在绳上P点,钩码挂钩光滑,静止时MPN恰构成一正三角形.假设弹性细绳中的弹力与弹性细绳的伸长之间的关系遵循胡克定律,弹性细绳没超过弹性限度,则弹性细绳的劲度系数为(  )

A

B

C

D

正确答案

C

解析

解:橡皮条伸长量为:△x=2L-L=L;

钩码受重力和两个拉力,两个拉力与竖直方向的夹角为30°,根据平衡条件,有:

2Fcos30°=G

解得:

F=

根据胡克定律,劲度系数为:

k=

故选:C

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题型: 多选题
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多选题

如图所示,一质量为m的物块在水平恒力F的作用下静止在粗糙的斜面上,若物块和斜面一直处于静止状态,下列说法中正确的是(  )

A斜面对物块的作用力大小为

B物块一定受三个力作用

C斜面与地面无摩擦力的作用

D斜面与地面有摩擦力的作用,方向水平向左

正确答案

A,D

解析

解:A、斜面对物块的作用力可以等效为一个力,物块还受到重力mg、水平推力F,根据三力平衡的条件,可得斜面对物块的作用力大小为,故A正确;

B、设斜面的倾角为θ,当Fcosθ=mgsinθ时,物块不受静摩擦力,只受三个力作用:重力、推力F和斜面的支持力,当Fcosθ≠mgsinθ时,物块还受静摩擦力,故B错误;

CD、以整体为研究对象,斜面与地面有摩擦力的作用,方向水平向左,故D正确.

故选:AD

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