- 用牛顿运动定律解决问题(二)
- 共11872题
如图为颈部牵拉器牵拉颈椎肥大患者的示意图.当颈部肥大压迫神经时,需要用颈部牵拉器牵拉颈部,以缓解神经压迫症状.图中牵拉细绳为跨过三个光滑小滑轮的同一根绳子,牵拉绳分别为水平、竖直方向,牵拉物P的重力为G,不计小滑轮重力,则牵拉器作用在患者头部的合力大小是( )
正确答案
解析
解:颈部牵拉器进行受力分析,如图所示:
由平行四边形定则,将力进行合成,则有:
同一根绳子上的拉力是处处相等的,T1=G,那么牵拉器作用在患者颈部的合力大小F==
T1=
G;
故选:C.
如图所示,一为重600N的演员,悬挂在绳上,若AO绳与水平方向的夹角为37°,BO绳水平,则AO、BO两绳受到的力各位多大?若B点位置向上移,AO、BO的拉力如何变化?(sin37°=0.6)
正确答案
解:(1)O点受力如右图示,
由三角函数有
Sin37°==
F0A==1000N
Cos37°=
F0B=1000×0.8=800N
(2)由动态平行四边形得AO绳上的拉力一直减小,BO绳上的拉力先减小后增大;
答:(1)AO、BO两绳受到的力分别为1000N和800N;
(2)AO绳上的拉力一直减小,BO绳上的拉力先减小后增大.
解析
解:(1)O点受力如右图示,
由三角函数有
Sin37°==
F0A==1000N
Cos37°=
F0B=1000×0.8=800N
(2)由动态平行四边形得AO绳上的拉力一直减小,BO绳上的拉力先减小后增大;
答:(1)AO、BO两绳受到的力分别为1000N和800N;
(2)AO绳上的拉力一直减小,BO绳上的拉力先减小后增大.
1897年汤姆逊发现电子后,许多科学家为测量电子的电荷量做了大量的探索.1907-1916年密立根用带电油滴进行实验,发现油滴所带的电荷量是某一数值e的整数倍,于是称这一数值e为基本电荷.
如图所示,两块完全相同的金属极正对着水平放置,板间的距离为d.当质量为m的微小带电油滴在两板间运动时,所受空气阻力的大小与速度大小成正比.两板间不加电压时,可以观察到油滴竖直向下做匀速运动,通过某一段距离所用时间为tl;当两板间加电压U(上极板的电势高)时,可以观察到同一油滴竖直向上做匀速运动,且在时间t2内运动的距离与在时间tl内运动的距离相等.忽略空气浮力.重力加速度为g.
(1)判断上述油滴的电性,要求说明理由;
(2)求上述油滴所带的电荷量Q;
(3)在极板间照射X射线可以改变油滴的带电量.再采用上述方法测量油滴的电荷量.如此重复操作,测量出油滴的电荷量Qi如下表所示.如果存在基本电荷,请根据现有数据求出基本电荷的电荷量e(保留到小数点后两位).
正确答案
解:(1)当极板上加了电压U后,该油滴竖直向上做匀速运动,说明油滴受到的电场力竖直向上,与板间电场的方向相反,所以该油滴带负电.
(2)设油滴运动时所受空气阻力f与速度大小v满足关系为:f=kv
当不加电场时,设油滴以速率v1匀速下降,受重力和阻力而平衡,即:
mg=kv1
当极板加电压U时,设油滴以速率v2匀速上升,受电场力、重力和阻力,即:
QE=mg+kv2
其中:E=
根据题意有:v1t1=v2t2
解得:Q=
(3)如果存在基本电荷,那么油滴所带的电荷量Q应为某一最小单位的整数倍,即油滴电荷量的最大公约数(或油滴带电量之差的最大公约数)为基本电荷e.由于
Q2-Q1=0.15×10-18C,Q3-Q2=0.31×10-18C,Q4-Q3=0.16×10-18C,Q5-Q4=0.45×10-18C
可以看出,油滴带电量之差都近似为某个数的整数倍,即:
Q2-Q1=e1,Q3-Q2=2e2,Q4-Q3=e3,Q5-Q4=3e4
所以:=1.54×10-19C
答:(1)该油滴带负电,分析如上;
(2)油滴所带的电荷量Q为;
(3)基本电荷的电荷量e约为1.54×10-19C.
解析
解:(1)当极板上加了电压U后,该油滴竖直向上做匀速运动,说明油滴受到的电场力竖直向上,与板间电场的方向相反,所以该油滴带负电.
(2)设油滴运动时所受空气阻力f与速度大小v满足关系为:f=kv
当不加电场时,设油滴以速率v1匀速下降,受重力和阻力而平衡,即:
mg=kv1
当极板加电压U时,设油滴以速率v2匀速上升,受电场力、重力和阻力,即:
QE=mg+kv2
其中:E=
根据题意有:v1t1=v2t2
解得:Q=
(3)如果存在基本电荷,那么油滴所带的电荷量Q应为某一最小单位的整数倍,即油滴电荷量的最大公约数(或油滴带电量之差的最大公约数)为基本电荷e.由于
Q2-Q1=0.15×10-18C,Q3-Q2=0.31×10-18C,Q4-Q3=0.16×10-18C,Q5-Q4=0.45×10-18C
可以看出,油滴带电量之差都近似为某个数的整数倍,即:
Q2-Q1=e1,Q3-Q2=2e2,Q4-Q3=e3,Q5-Q4=3e4
所以:=1.54×10-19C
答:(1)该油滴带负电,分析如上;
(2)油滴所带的电荷量Q为;
(3)基本电荷的电荷量e约为1.54×10-19C.
(2016•黄浦区一模)如图,水平地面上的矩形箱子内有一倾角为θ的固定斜面,斜面上放一质量为m的光滑球.静止时,箱子顶部与球接触但无压力.当箱子沿地面向左做加速度大小为a(a>gtanθ,g为重力加速度)的匀加速运动时,球受到箱子左壁的作用力大小为______,受到顶部的作用力大小为______.
正确答案
0
m()
解析
解:设光滑球不受车厢的作用力,应满足:Nsinθ=ma
Ncosθ=mg
解得:a=gtanθ
减速时加速度的方向向左,此加速度有斜面的支持力N与左壁支持力共同提供,当a>gtanθ 时,
左壁的支持力等于0,此时小球的受力如图,
则:Nsinθ=ma
Ncosθ-F=mg
解得:F=m()
故答案为:0,m().
如图所示,物体在15N的推力F的作用下沿水平地面向右匀速直线运动,已知物体的重力为31N,拉力为F与水平方向的夹角为θ=37°,(sin37°=0.6,cos37°=0.8)问:
(1)物体受到地面的支持力为多大
(2)物体受到的摩擦力为多大
(3)物体与地面的动摩擦因数μ
正确答案
解:受力分析如图所示:
根据平衡条件,竖直方向:N=mg+Fsinθ=31N+9N=40N;
水平方向:f=Fcosθ=12N
由f=μN的:μ==0.3.
答:(1)物体受到地面的支持力为40N;
(2)物体受到的摩擦力为12N;
(3)物体与地面的动摩擦因数μ为0.3.
解析
解:受力分析如图所示:
根据平衡条件,竖直方向:N=mg+Fsinθ=31N+9N=40N;
水平方向:f=Fcosθ=12N
由f=μN的:μ==0.3.
答:(1)物体受到地面的支持力为40N;
(2)物体受到的摩擦力为12N;
(3)物体与地面的动摩擦因数μ为0.3.
如图所示,用三条完全相同的轻质细绳1,2,3将A,B两个质量均为m的完全相同的小球连接并悬挂,小球处于静止状态,轻绳1与竖直方向的夹角为45°,轻绳3水平,求轻质细绳上1,2,3的拉力分别为多大?
正确答案
解:对球A和B整体受力分析,受重力和两个拉力,根据平衡条件,有:
T1cos45°=T3
T1sin45°=2mg
联立解得:
T1=2mg
T3=2mg
再对球B受力分析,受重力和两个细线的拉力,根据平衡条件,有:
T2==
答:轻质细绳上1、2、3的拉力分别为2mg、
、2mg.
解析
解:对球A和B整体受力分析,受重力和两个拉力,根据平衡条件,有:
T1cos45°=T3
T1sin45°=2mg
联立解得:
T1=2mg
T3=2mg
再对球B受力分析,受重力和两个细线的拉力,根据平衡条件,有:
T2==
答:轻质细绳上1、2、3的拉力分别为2mg、
、2mg.
如图所示,用光滑的粗铁丝做成一直角三角形ABC,通过A、B、C三点的支点把它凌空固定于水平面上,∠ABC=60°.在AB及AC两边上分别套有质量均为m并用轻质细线系着的两铜环,细线长度小于BC边长.当用平行于AC边的水平力F作用于右边小环时,两小环都静止.则此时细线上的拉力大小为( )
正确答案
解析
解:在水平面内,左边小环受拉力和支持力而平衡,支持力与AC边垂直,故细线的拉力与AC垂直,即与BC平行;
再对右侧环受力分析,如图所示:
根据平衡条件,有:
T=Ftan60°=F
故选:B
物体质量m=6kg,在水平地面上受到与水平面成370角斜向上的拉力F=20N作用,物体以10m/s的速度作匀速直线运动,求:F撤去后物体还能运动多远?
(sin37°=0.6 cos37°=0.8 g取10m/s2)
正确答案
解:物体做匀速运动时,受拉力、重力、支持力和滑动摩擦力,如图所示,受力平衡,则有:
水平方向:Fcos37°-f=0
竖直方向:N+Fsin37°-mg=0
其中:f=μN
联立解得:μ==
=
;
撤去F后物体在摩擦力作用下做匀减速直线运动,根据牛顿第二定律得:
μmg=ma
解得:a=μg
根据匀减速直线运动位移速度公式得:v2=2ax
解得:x==
=
m=15m;
答:F撤去后物体还能运动15m.
解析
解:物体做匀速运动时,受拉力、重力、支持力和滑动摩擦力,如图所示,受力平衡,则有:
水平方向:Fcos37°-f=0
竖直方向:N+Fsin37°-mg=0
其中:f=μN
联立解得:μ==
=
;
撤去F后物体在摩擦力作用下做匀减速直线运动,根据牛顿第二定律得:
μmg=ma
解得:a=μg
根据匀减速直线运动位移速度公式得:v2=2ax
解得:x==
=
m=15m;
答:F撤去后物体还能运动15m.
轻弹簧AB长35cm,A端固定在重50N的物体上,该物体放在倾角为30°的斜面上,如图所示.手执B端,使弹簧与斜面平行.当弹簧和物体沿斜面匀速下滑时,弹簧长变为40cm;当弹簧和物体沿斜面匀速上滑时,弹簧长度变为50cm,试求:
(1)弹簧的劲度系数k;
(2)物体与斜面间的动摩擦因数μ.
正确答案
解:当弹簧和物体沿斜面匀速下滑时,物体受到重力、斜面的支持力和沿斜面向上的滑动摩擦力.由平衡条件和胡克定律得
k(l1-l0)=Gsin30°-μGcos30°…①
k(l2-l0)=Gsin30°+μGcos30°…②
解①、②得:,
代入数据得:k=250N/m;.
答:
(1)弹簧的劲度系数k是250N/m.
(2)物体与斜面间的动摩擦因数μ是.
解析
解:当弹簧和物体沿斜面匀速下滑时,物体受到重力、斜面的支持力和沿斜面向上的滑动摩擦力.由平衡条件和胡克定律得
k(l1-l0)=Gsin30°-μGcos30°…①
k(l2-l0)=Gsin30°+μGcos30°…②
解①、②得:,
代入数据得:k=250N/m;.
答:
(1)弹簧的劲度系数k是250N/m.
(2)物体与斜面间的动摩擦因数μ是.
如图所示,均匀杆OA质量为m,O端用铰链悬起,A端放在木板B上,杆与板间的动摩擦因数为μ=
,木板在拉力F作用下向右作匀速运动,杆与竖直方向夹角为30°,则杆对木板的压力为多少.
正确答案
解:以点O为转轴,对棒分析,受向右的滑动摩擦力,向上的支持力、重力,根据力矩平衡条件,有:
fLcos30°+NLsin30°-mg=0
其中:
f=μN
解得:
N=
根据牛顿第三定律,压力为;
答:杆对木板的压力为.
解析
解:以点O为转轴,对棒分析,受向右的滑动摩擦力,向上的支持力、重力,根据力矩平衡条件,有:
fLcos30°+NLsin30°-mg=0
其中:
f=μN
解得:
N=
根据牛顿第三定律,压力为;
答:杆对木板的压力为.
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