- 用牛顿运动定律解决问题(二)
- 共11872题
在足够大的空间中,存在水平向右的匀强电场,若用绝缘细线将质量为m、电荷量为q的带正电的小球悬挂在电场中,其静止时细线与竖直方向夹角θ=37°.现去掉细线,将该小球从电场中的某点竖直向上抛出,抛出时的初速度大小为v0,如图所示.求:
(1)电场强度的大小. (sin37°=0.6,cos37°=0.8)
(2)小球在电场内运动过程中的最小速率.
(3)小球从抛出至达到最小速率的过程中.电场力对小球所做的功.
正确答案
解:(1)小球静止在电场中时,根据力的平衡条件,有:
Eq=mgtan37°
解得:E=
(2)小球被抛出后,受到重力和电场力的共同作用.沿重力方向的分运动是匀减速运动,加速度为g,设t时刻速度为v1;沿电场方向的分运动是初速为零的匀加速运动,加速度为a,设t时刻速度为v2;
则有:
v1=v0-gt
v2=αt
a=
t时刻小球的速度大小v满足:v2=v21+v22
由以上式子得:
解得:当t=时,vmin=
(3)沿电场方向的位移为:
s=
电场力做的功为:WE=Eq•s=
答:(1)电场强度的大小为;
(2)小球在电场内运动过程中的最小速率为;
(3)电场力对小球所做的功为0.12mv20.
解析
解:(1)小球静止在电场中时,根据力的平衡条件,有:
Eq=mgtan37°
解得:E=
(2)小球被抛出后,受到重力和电场力的共同作用.沿重力方向的分运动是匀减速运动,加速度为g,设t时刻速度为v1;沿电场方向的分运动是初速为零的匀加速运动,加速度为a,设t时刻速度为v2;
则有:
v1=v0-gt
v2=αt
a=
t时刻小球的速度大小v满足:v2=v21+v22
由以上式子得:
解得:当t=时,vmin=
(3)沿电场方向的位移为:
s=
电场力做的功为:WE=Eq•s=
答:(1)电场强度的大小为;
(2)小球在电场内运动过程中的最小速率为;
(3)电场力对小球所做的功为0.12mv20.
如图所示,一个用绝缘丝线系着的带电小球处于水平向左的匀强电场中,且静止在图示位置.已知小球偏离竖直位置的角度为α,其质量为m,电量为q,重力加速度为g,试问:
(1)该小球带正电还是带负电?
(2)匀强电场的场强大小为多少?
正确答案
解:(1)因小球向右偏,所受电场力向右,与电场强度方向相反,故带负电荷;
(2)小球受力情况,如图所示:
根据平衡条件得:
qE=mgtanα
解得:
答:(1)该小球带负电;
(2)匀强电场的场强大小为.
解析
解:(1)因小球向右偏,所受电场力向右,与电场强度方向相反,故带负电荷;
(2)小球受力情况,如图所示:
根据平衡条件得:
qE=mgtanα
解得:
答:(1)该小球带负电;
(2)匀强电场的场强大小为.
如图所示,物体甲重20N,物体乙重100N,乙与水平桌面间的最大静摩擦力是30N,轻绳OA与竖直方向的夹角θ=37°,物体甲、乙均处于静止状态.
(已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)求:
(1)轻绳OA、OB受到的拉力是多大;
(2)物体乙受到的摩擦力是多大,方向如何.
正确答案
解:(1)以结点O为研究对象,受力分析如图所示,则轻绳OB受到的拉力为:
F1=G甲tan37°=20×0.75=15N,
轻绳OA受到的拉力为:
,
(2)物体以水平方向受到向左的静摩擦力和向右的拉力而平衡,则
摩擦力f=F1=15N,方向水平向左.
答:(1)轻绳OA、OB受到的拉力分别为25N和15N;
(2)物体乙受到的摩擦力是15N,方向水平向左.
解析
解:(1)以结点O为研究对象,受力分析如图所示,则轻绳OB受到的拉力为:
F1=G甲tan37°=20×0.75=15N,
轻绳OA受到的拉力为:
,
(2)物体以水平方向受到向左的静摩擦力和向右的拉力而平衡,则
摩擦力f=F1=15N,方向水平向左.
答:(1)轻绳OA、OB受到的拉力分别为25N和15N;
(2)物体乙受到的摩擦力是15N,方向水平向左.
一斜面固定在水平面上,在斜面顶端有一上表面光滑的长木板,木板与斜面之间的动摩擦因数为μ,木板上固定一轻质弹簧测力计,弹簧测力计下面连接一个光滑的小球,如图所示,当木板固定时,弹簧测力计示数为F1,现将长木板由静止释放后,木板沿斜面下滑,稳定时弹簧测力计的示数为F2,若斜面的高为h,底边长为d,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、平衡时,对小球分析:
F1=mgsinθ…①
木板运动后稳定时,对整体由牛顿第二定律得:
a==gsinθ-μgcosθ…②
则a<gsinθ,根据牛顿第二定律得知,弹簧对小球的弹力应沿斜面向上,弹簧处于拉伸状态.故A错误,B错误;
C、D、对小球有:
mgsinθ-F2=ma…③
而
tanθ=…④
联立①②③④计算可得:
μ=.故C错误,D正确;
故选:D.
如图所示,重力G=50N的物体沿着斜面匀速下滑,斜面的倾角θ=37°,(已知sin37°=0.6,cos37°=0.8),求:
①斜面对物体的摩擦力大小
②物体与斜面的动摩擦因数.
正确答案
解:(1)物体受重力、支持力及摩擦力而处于匀速下滑,则有:
在沿斜面方向上,f=mgsinθ=50×0.6=30N;
(2)在垂直斜面方向上有:FN=mgcosθ=50×0.8=40N;
由
代入数据得:
答:①斜面对物体的摩擦力大小是30N;
②物体与斜面的动摩擦因数是0.75.
解析
解:(1)物体受重力、支持力及摩擦力而处于匀速下滑,则有:
在沿斜面方向上,f=mgsinθ=50×0.6=30N;
(2)在垂直斜面方向上有:FN=mgcosθ=50×0.8=40N;
由
代入数据得:
答:①斜面对物体的摩擦力大小是30N;
②物体与斜面的动摩擦因数是0.75.
(2014秋•上海校级期末)一场风雨中,某雨滴正与竖直方向成45°向下偏西方向作匀速下落.则雨滴所受空气的作用力大小和方向是( )
正确答案
解析
解:匀速直线运动,受力平衡,对其受力分析,受重力和空气阻力,故阻力等于重力,方向竖直向上;
故选C.
如图,带电小球A、B(可看作点电荷)均用绝缘丝线悬挂在O点.静止时A、B相距为d,小球B的质量为m1.今将B的质量增大到m2,平衡时AB间距变为
.求
的值.
正确答案
解:对球B受力分析,受重力、拉力和静电力,如图所示:
根据共点力平衡条件,有:
根据库仑定律,有:
F=k
联立解得:
m=∝
故=
答:的值为
.
解析
解:对球B受力分析,受重力、拉力和静电力,如图所示:
根据共点力平衡条件,有:
根据库仑定律,有:
F=k
联立解得:
m=∝
故=
答:的值为
.
用30cm的细线将质量为4×10-3kg的带电小球P悬挂在O点下,当空中有方向为水平向右,大小为1×104N/C的匀强电场时,小球偏转37°后处在静止状态.
(1)分析小球的带电性质;
(2)求小球的带电量;
(3)求细线的拉力.
正确答案
解:(1)小球受力如图,电场力方向与电场同向,故带正电
(2)小球受力平衡,在水平方向:qE=mgtan37°,
得
(3)由受力图可知=0.05N
所以,(1)正电(2)带电量3×10-6C(3)拉力0.05N
解析
解:(1)小球受力如图,电场力方向与电场同向,故带正电
(2)小球受力平衡,在水平方向:qE=mgtan37°,
得
(3)由受力图可知=0.05N
所以,(1)正电(2)带电量3×10-6C(3)拉力0.05N
两根原长均为8cm的弹簧用一根不可伸长的细绳跨过光滑的定滑轮将一根木棒悬挂起来,稳定后木棒处于水平状态,已知此时弹簧长度变为10cm,弹簧与棒的夹角均为30°,弹簧劲度系数k=2N/cm,g=10m/s2,则木棒的质量是( )
正确答案
解析
解:弹簧的劲度系数k=2N/cm,伸长2cm,根据拉力为:T=kx=2×2=4N
对木棒受力分析,受两个拉力和重力,根据平衡条件,有:
2Tsin30°=mg
解得:m==
=0.4kg
故选:B.
如图所示为一攀岩运动员,正在竖直崖壁上攀登,由于身背很重的行装,重心上移至肩部的O点,总质量为75kg,此时手臂与身体垂直.手臂与崖壁夹角θ为60°,求此时手受到的拉力和脚受到的作用力(设手受到的拉力和脚受到的作用力均通过重心O,g取10m/s2).
正确答案
解:对运动员进行受力分析如图所示,根据平衡条件正交分解得:
根据平衡条件,水平方向:Fsin60°=FNsin30°
竖直方向:Fcos60°+FNcos30°=mg.
解得:F=mg=375N,FN=375
N.
答:此时手受到的拉力为375N,脚受到的作用力375N.
解析
解:对运动员进行受力分析如图所示,根据平衡条件正交分解得:
根据平衡条件,水平方向:Fsin60°=FNsin30°
竖直方向:Fcos60°+FNcos30°=mg.
解得:F=mg=375N,FN=375
N.
答:此时手受到的拉力为375N,脚受到的作用力375N.
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