- 用牛顿运动定律解决问题(二)
- 共11872题
如图所示,两个质量均为2kg的小环套在一水平放置的粗糙长杆上,两根长度均为l的轻绳一端系在小环上,另一端系在质量为4kg的木块上,两个小环之间的距离也为l,小环保持静止,g取10m/s2.试求:
(1)任意一个小环对杆的压力;
(2)小环与杆之间的动摩擦因数μ至少为多大?
正确答案
解:(1)以两个小环及木块系统为研究对象,根据共点力平衡条件,有:
2F=(2m+M)g;
解得:F=40N;
根据牛顿第三定律,小环对杆的压力大小F′=F=40N.
(2)以木块为研究对象,受重力和两个拉力,根据平衡条件,有:
2FT cos30°=Mg
再以一只小环为研究对象,受拉力、重力、支持力和静摩擦力,根据平衡条件,有:
FTcos60°=f
又f≤μF(最大静摩擦力等于滑动摩擦力)
联立解得:μ≤
答:(1)任意一个小环对杆的压力为40N;
(2)小环与杆之间的动摩擦因数μ至少为.
解析
解:(1)以两个小环及木块系统为研究对象,根据共点力平衡条件,有:
2F=(2m+M)g;
解得:F=40N;
根据牛顿第三定律,小环对杆的压力大小F′=F=40N.
(2)以木块为研究对象,受重力和两个拉力,根据平衡条件,有:
2FT cos30°=Mg
再以一只小环为研究对象,受拉力、重力、支持力和静摩擦力,根据平衡条件,有:
FTcos60°=f
又f≤μF(最大静摩擦力等于滑动摩擦力)
联立解得:μ≤
答:(1)任意一个小环对杆的压力为40N;
(2)小环与杆之间的动摩擦因数μ至少为.
如图所示为龙门吊车的示意图,质量为2t的均匀横梁,架在相距8m的A、B两面墙上,一质量为3.2t的天车停在横梁上距A墙3m处.不计墙的厚度和天车大小的影响,当天车下端未悬吊重物时,A墙承受的压力是______;当天车吊着一质量为1.6t的重物使它以5.0m/s2的加速度上升时,A墙承受的压力是______.
正确答案
3×104N
4.5×104N
解析
解:1、以B点为支点,根据力矩平衡
代入数据,
解得.
根据牛顿第三定律,A墙受到的承受力为3×104N
2、当天车吊着一质量为1.6t的重物使它以5.0m/s2的加速度上升时,
对重物,根据牛顿第二定律F-mg=ma
所以车对重物的作用力F=mg+ma=1.6×103×(10+5)N=2.4×104N
根据牛顿第三定律,重物对车的作用力也为2.4×104N
故车对梁的作用力为=5.6×104N
仍以B点为支点,根据力矩平衡
代入数据,
解得.
根据牛顿第三定律,A墙受到的承受力为4.5×104N
故答案为:3×104N,4.5×104N.
将两个质量均为m的小球a、b用细线相连后,再用细线悬挂于O点,如图所示.用力F拉小球b,使两个小球都处于静止状态,且细线Oa与竖直方向的夹角保持θ=30°,则F达到最小值时Oa绳上的拉力为( )
正确答案
解析
解:以两个小球组成的整体为研究对象,分析受力,作出F在三个方向时整体的受力图,根据平衡条件得知:F与T的合力与重力mg总是大小相等、方向相反,由力的合成图可知,当F与绳子oa垂直时,F有最小值,即图中2位置,F的最小值为:
根据平衡条件得:F=2mgsin30°=mg,T=2mgcos30°=
故选:A
如图所示,水平面上固定一四分之一的球体,球体左侧面光滑,质量分别为m1和m2的小物块(可视为质点)通过柔软光滑的软绳连接后静止于球面上,此时m2与球心O的连线与水平方向成45°,m2与球面间的动摩擦因数为0.5,设m2与球面之间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,则
可能为( )
正确答案
解析
解:以m2为研究对象,当重力、支持力、拉力以及摩擦力(可能没有);
1、当有最小值时,摩擦力沿球面向上,根据平衡条件,有:
m1g+μm2gcos45°=m2gsin45°
解得:
=0.35
2、当有最大值时,摩擦力沿球面向下,根据,根据平衡条件,有:
m1g-μm2gcos45°=m2gsin45°
解得:
=1.06
故AB正确,CD错误;
故选:AB
如图所示,将带正电的中心穿孔小球A套在倾角为θ的固定光滑绝缘杆上某处,在小球A的正下方固定着另外一只带电小球B,此时小球A恰好静止,且与绝缘杆无挤压.若A的电荷量为q,质量为m;A与B的距离为h;重力加速度为g,静电力常量为k;A与B均可视为质点.
(1)试确定小球B的带电性质;
(2)求小球B的电荷量;
(3)若由于某种原因,小球B在某时刻突然不带电,求小球A下滑到与小球B在同一水平线的杆上某处时,重力对小球做功的功率.
正确答案
解:(1)根据题意:小球A受到B的库仑力必与A受到的重力平衡,即A、B之间相互排斥,所以B带正电
(2)由库仑定律,B对A的库仑力为:
由平衡条件有:mg=F
解得qB=
(3)B不带电后,小球A受到重力、支持力作用沿杆向下做匀加速直线运动,设到达题中所述位置时速度为v
由机械能守恒定律:
解得:
所以重力的瞬时功率为:
答:
(1)小球B带正电
(2)小球B的电荷量为
(3)若由于某种原因,小球B在某时刻突然不带电,小球A下滑到与小球B在同一水平线的杆上某处时,重力对小球做功的功率为.
解析
解:(1)根据题意:小球A受到B的库仑力必与A受到的重力平衡,即A、B之间相互排斥,所以B带正电
(2)由库仑定律,B对A的库仑力为:
由平衡条件有:mg=F
解得qB=
(3)B不带电后,小球A受到重力、支持力作用沿杆向下做匀加速直线运动,设到达题中所述位置时速度为v
由机械能守恒定律:
解得:
所以重力的瞬时功率为:
答:
(1)小球B带正电
(2)小球B的电荷量为
(3)若由于某种原因,小球B在某时刻突然不带电,小球A下滑到与小球B在同一水平线的杆上某处时,重力对小球做功的功率为.
质量为m=0.8kg的砝码悬挂在轻绳PA和PB的结点上并处于静止状态.PA与竖直方向的夹角37°,PB沿水平方向.质量为M=3kg的木块与PB相连,静止于水平桌面上,如图所示(取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)求:
(1)轻绳PA拉力的大小;
(2)木块受到水平桌面摩擦力的大小及方向.
正确答案
解:(1)以结点为研究对象,受到三个拉力作用,作出力图,运用合成法,根据几何知识:
TA=
(2)PB绳的拉力为:TB=mgtan37°=3×0.75=6N
根据平衡条件:f=TB=6N,方向水平向右.
答:(1)轻绳PA拉力的大小为10N;
(2)木块受到水平桌面摩擦力的大小为6N,方向水平向右.
解析
解:(1)以结点为研究对象,受到三个拉力作用,作出力图,运用合成法,根据几何知识:
TA=
(2)PB绳的拉力为:TB=mgtan37°=3×0.75=6N
根据平衡条件:f=TB=6N,方向水平向右.
答:(1)轻绳PA拉力的大小为10N;
(2)木块受到水平桌面摩擦力的大小为6N,方向水平向右.
如图所示,一个表面光滑的斜面体M置于在水平地面上,它的两个斜面与水平面的夹角分别为α、β,且α<β,M的顶端装有一定滑轮,一轻质细绳跨过定滑轮后连接A、B两个小滑块,细绳与各自的斜面平行,不计绳与滑轮间的摩擦,A、B恰好在同一高度处于静止状态.剪断细绳后,A、B滑至斜面底端,M始终保持静止.则( )
正确答案
解析
解:A、滑块A和滑块B沿着斜面方向的分力等大,故:mAgsinα=mBgsinβ;由于α<β,故mA>mB,故A错误;
B、滑块下滑过程机械能守恒,有:mgh=mv2,故v=
,由于两个滑块的高度差相等,故落地速度相等,但方向不同,故B错误;
C、滑块到达斜面底端时,滑块重力的瞬时功率:PA=mAgsinα•v,PB=mBgsinα•v;由于mAgsinα=mBgsinβ,故PA=PB,故C正确;
D、滑块A对斜面体压力等于重力的垂直分力mAgcosα,滑块B对斜面体压力也等于重力的垂直分力mBgcosβ,如图所示
NAsinα-NBsinβ=mAgcosαsinα-mBgcosβsinβ;由于mAgsinα=mBgsinβ;
故NAsinα-NBsinβ=mAgcosαsinα-mBgcosβsinβ>0,故静摩擦力向左,故D错误;
故选:C.
如图所示,一个质量为m的滑块静止置于倾角为30°的粗糙斜面上,一根轻弹簧一端固定在竖直墙上的P点,另一端系在滑块上,弹簧与竖直方向的夹角为30°.则( )
正确答案
解析
解:A、B、弹簧与竖直方向的夹角为30°,所以弹簧的方向垂直于斜面,因为弹簧的形变情况未知,所以斜面与滑块之间的弹力大小不确定,所以滑块可能只受重力、斜面支持力和静摩擦力三个力的作用而平衡,此时弹簧弹力为零,处于原长状态;也可能受到弹簧的拉力或者推力,即受4个力作用;而弹簧弹力可以是拉力,也可以是压力;即弹簧可能处于伸长状态;故A错误;B错误;
C、D、沿斜面方向,根据平衡条件滑块此时受到的摩擦力大小等于重力沿斜面向下的分力(等于mg),不为零,有摩擦力必有弹力,所以斜面对滑块的支持力不可能为零,故C正确,D错误.
故选:C.
将轻绳和轻弹簧的一端分别固定在圆弧上的A、B两点,另一端固定在小球a上,静止时,小球a恰好处于圆心O处,如图甲所示,此时绳与水平方向夹角为30°,弹簧恰好水平,现将轻弹簧与轻绳对调,将a球换成b球后,小球仍位于O点,如图乙所示则,a、b两个小球的质量之比为( )
正确答案
解析
解:在甲图和乙图中,由于弹簧的长度是相等的,所以两种情况下的弹簧的弹力是相等的.
甲图中:
乙图中:
所以:=2:
故选:C
如图(a)所示,小球放置在光滑V形槽中,初始槽板OB处竖直平面,将V形槽沿顺时针绕槽底角O点缓慢转动90°,到OB处水平平面,如图(b)所示.在这个过程中,板OB受到的压力将______,板OA受到的压力将______.(选填变大、变小、先变大后变小或先变小后变大)
正确答案
先变大后变小
变小
解析
解:对球受力分析,重力、AO板支持力,BO板支持力,三力平衡,根据共点力平衡条件,三个力可以构成首位相连的矢量三角形,如图所示:
将V形槽沿顺时针绕槽底角O点缓慢转动90°的过程中,两个支持力的方向逆时针转动90°,等效成重力方向逆时值转动90°,故角θ不变,角α不断变小(锐角),角β不断变大(先锐角后钝角);
根据正弦定理,有:
=
=
解得:
角θ不变,角α不断变小(鋭角),故FAO不断减小;
角θ不变,角β不断变大(先锐角后钝角),故FBO先变大后变小;
故答案为:先变大后变小,变小.
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