- 用牛顿运动定律解决问题(二)
- 共11872题
如图所示,一固定在水平地面的斜面上有一质量为m的物体,现给物体一个水平向右的推力F使物体沿着斜面方向匀速向上运动,已知斜面倾角为θ,求物体与斜面间的动摩擦因数μ.
正确答案
解:对物体受力分析,受重力、推力、支持力和滑动摩擦力,正交分解,如图:
由平衡条件得:
平行斜面方向:Fcosθ=mgsinθ+f;
垂直斜面方向:N=mgcosθ+Fsinθ
又:f=μN
即:Fcosθ-mgsinθ=μ(mgcosθ+Fsinθ)
解得:
答:物体与斜面间的动摩擦因数为.
解析
解:对物体受力分析,受重力、推力、支持力和滑动摩擦力,正交分解,如图:
由平衡条件得:
平行斜面方向:Fcosθ=mgsinθ+f;
垂直斜面方向:N=mgcosθ+Fsinθ
又:f=μN
即:Fcosθ-mgsinθ=μ(mgcosθ+Fsinθ)
解得:
答:物体与斜面间的动摩擦因数为.
水平传送带长10m,以2m/s速度匀速运动.若被传送物体被无初速度地放上其左端,则经______ s将到达另一端,(已知μ=0.1,取g=10m/s2).
正确答案
6
解析
解:物体置于传动带左端时,先做加速直线运动,受力分析,由牛顿第二定律得:
f=μmg=ma
代入数据得:a=μg=0.1×10m/s2=1m/s2
当物体加速到速度等于传送带速度v=2m/s时,运动的时间为:
t1==
=2s
运动的位移:s1==
=2m<10m
则物体接着做匀速直线运动,匀速直线运动所用时间:
t2==
=4s
所以物体传送到传送带的右端所需时间t=t1+t2=2s+4s=6s
故答案为:6s.
(2015秋•淮北期末)如图所示,一光滑小球静止放置在光滑半球面的最底端,利用竖直放置的光滑挡板水平向右缓慢地推动小球,在推动过程中挡板保持竖直,则在小球运动的过程中(该过程小球未脱离球面),木板对小球的推力F1,半球面对小球的支持力F2的变化情况正确的是( )
正确答案
解析
解:对小球受力分析,受重力、挡板向右的支持力和半球面的支持力,如图
根据平衡条件解得:
F1=mgtanθ
由于θ不断增加,故F1增大、F2增大,故C正确;
故选:C
如图所示,A、B为竖直墙面上等高的两点,AO、BO为长度相等的两根轻绳,CO为一根轻杆,转轴C在AB中点D的正下方,AOB在同一水平面内,∠AOB=120°,∠COD=60°,若在O点处悬挂一个质量为m的物体,则平衡后绳AO所受的拉力和杆OC所受的压力分别为( )
正确答案
解析
解:设绳AO和绳BO拉力的合力为F,以O点为研究对象,O点受到重力mg、杆的支持力F2和绳AO与绳BO拉力的合力F,作出力的示意图,如图所示,根据平衡条件得:
F=mgtan30°=mg
F2==
将F分解,如右图,设AO所受拉力的大小F1,因为∠AOB=120°,根据几何知识得:
F1=F=mg
所以绳AO所受到的拉力F1为mg,而杆OC所受到的压力大小等于F2为
mg.
故选:D.
一光滑圆环固定在竖直平面内,环上套着两个小球A和B(中央有孔),A、B间由细绳连接着,它们处于如图中所示位置时恰好都能保持静止状态.此情况下,B球与环中心O处于同一水平面上,AB间的细绳呈伸直状态,与水平线成30°夹角.已知B球的质量为m,求:
(1)细绳对B球的拉力;
(2)A球的质量;
(3)若剪断细绳,B球第一次过圆环最低点时对圆环的作用力.
正确答案
解:(1、2)对B球,受力分析如图所示
Tsin30°=mg
解得 T=2mg ①
对A球,受力分析如图所示.在水平方向
Tcos30°=NAsin30° ②
在竖直方向:NAcos30°=mAg+Tsin30° ③
由以上方程解得:mA=2m ④
所以细绳对B球的拉力为2mg,A球的质量为2m.
设B球第一次过圆环最低点时的速度为v,压力为N,圆环半径为r.
则:mgr=mv2 ⑥
N-mg=m ⑦
⑥⑦联解得:N=3mg
由牛顿第三定律得B球对圆环的压力 N′=N=3mg 方向竖直向下.
答:(1)细绳对B球的拉力为2mg;
(2)A球的质量为2m;
(3)若剪断细绳,B球第一次过圆环最低点时对圆环的作用力为3N,方向竖直向下.
解析
解:(1、2)对B球,受力分析如图所示
Tsin30°=mg
解得 T=2mg ①
对A球,受力分析如图所示.在水平方向
Tcos30°=NAsin30° ②
在竖直方向:NAcos30°=mAg+Tsin30° ③
由以上方程解得:mA=2m ④
所以细绳对B球的拉力为2mg,A球的质量为2m.
设B球第一次过圆环最低点时的速度为v,压力为N,圆环半径为r.
则:mgr=mv2 ⑥
N-mg=m ⑦
⑥⑦联解得:N=3mg
由牛顿第三定律得B球对圆环的压力 N′=N=3mg 方向竖直向下.
答:(1)细绳对B球的拉力为2mg;
(2)A球的质量为2m;
(3)若剪断细绳,B球第一次过圆环最低点时对圆环的作用力为3N,方向竖直向下.
如图所示,M1N1、M2N2是两根处于同一水平面内的平行导轨,导轨间距离是d=0.5m,导轨左端接有定值电阻R=2Ω,质量为m=0.1kg的滑块垂直于导轨,可在导轨上左右滑动并与导轨有良好的接触,滑动过程中滑块与导轨间的摩擦力恒为f=1N,滑块用绝缘细线与质量为M=0.2kg的重物连接,细线跨过光滑的定滑轮,整个装置放在竖直向上的匀强磁场中,磁场的磁感应强度是B=2T,将滑块由静止释放.设导轨足够长,磁场足够大,M未落地,且不计导轨和滑块的电阻.g=10m/s2,求:
(1)滑块能获得的最大动能
(2)滑块的加速度为a=2m/s2时的速度
(3)设滑块从开始运动到获得最大速度的过程中,电流在电阻R上所做的电功是w=0.8J,求此过程中滑块滑动的距离.
正确答案
解:(1)滑块匀速运动时,受力平衡,有
Mg=f+BId ①
根据欧姆定律,有
I= ②
动生电动势为:
E=BdVm ③
联立①②③解之并代入动能表达式:EK==0.2J
即滑块能获得的最大动能为0.2J.
(2)对两物体整体受力分析后,运用牛顿第二定律,有
Mg-f-BId=(M+m)a ④
其中
I= ⑤
E=BdV ⑥
联立④⑤⑥解之:V==0.8m/s
即滑块的加速度为a=2m/s2时的速度为0.8m/s.
(3)对两物体整体运用动能定理,有
Mgx-fx-w=
解得
x==1.4m
即滑块从开始运动到获得最大速度的过程中,滑块滑动的距离为1.4m.
解析
解:(1)滑块匀速运动时,受力平衡,有
Mg=f+BId ①
根据欧姆定律,有
I= ②
动生电动势为:
E=BdVm ③
联立①②③解之并代入动能表达式:EK==0.2J
即滑块能获得的最大动能为0.2J.
(2)对两物体整体受力分析后,运用牛顿第二定律,有
Mg-f-BId=(M+m)a ④
其中
I= ⑤
E=BdV ⑥
联立④⑤⑥解之:V==0.8m/s
即滑块的加速度为a=2m/s2时的速度为0.8m/s.
(3)对两物体整体运用动能定理,有
Mgx-fx-w=
解得
x==1.4m
即滑块从开始运动到获得最大速度的过程中,滑块滑动的距离为1.4m.
同学们都有过擦黑板的经历,手拿黑板擦在竖直的黑板上移动,将黑板上 的粉笔字擦干净.现假定某同学用力将黑板擦在表面缓慢竖直向上擦黑板,手臂对黑板的作用力F与黑板面所成为53°角(如图),已知作用力F=8N,黑板擦质量m=0.2kg.(g=10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6)求:
(1)黑板对黑板擦的支持力大小;
(2)黑板擦与黑板间的摩擦因数μ;
(3)当他擦到离地某一高度时,黑板擦意外脱手后自由下落,黑板擦砸到黑板下边沿前t1=0.1s内通过位移为h1=0.45m,求黑板擦脱手时离黑板下边沿的高度h.
正确答案
解:(1、2)黑板擦向上缓慢运动,根据受力分析得:
垂直于黑板方向有:Fsinθ-N=0,
解得:N=6.4N
沿黑板方向有:Fcosθ-mg-f=0,
解得:f=2.8N
由f=μN得:μ=
(3)黑板擦脱手后沿黑板面自由下落,设黑板擦到黑板下边沿所用时间为t,则
带入数据解得:t=0.5s
脱手时高度为:h=
答:(1)黑板对黑板擦的支持力大小为6.4N;
(2)黑板擦与黑板间的摩擦因数μ为0.44;
(3)黑板擦脱手时离黑板下边沿的高度h为1.25m.
解析
解:(1、2)黑板擦向上缓慢运动,根据受力分析得:
垂直于黑板方向有:Fsinθ-N=0,
解得:N=6.4N
沿黑板方向有:Fcosθ-mg-f=0,
解得:f=2.8N
由f=μN得:μ=
(3)黑板擦脱手后沿黑板面自由下落,设黑板擦到黑板下边沿所用时间为t,则
带入数据解得:t=0.5s
脱手时高度为:h=
答:(1)黑板对黑板擦的支持力大小为6.4N;
(2)黑板擦与黑板间的摩擦因数μ为0.44;
(3)黑板擦脱手时离黑板下边沿的高度h为1.25m.
光滑横杆上穿有两个小球A与B,小球间有一劲度系数为1000N/m,自由长度为0.4m的轻质弹簧,用细线AOB连接两球并在中点O作用一竖直向上的力F,当∠AOB为60°时弹簧长度为0.3m,如图,则弹簧对A球的弹力为______N,对B球的弹力为______N,拉力F为______N.
正确答案
100
100
346
解析
解:弹簧的弹力F=kx=1000×(0.4-0.3)=100N;弹簧对两球的弹力均为100N;
对右侧小球分析可知,绳子的拉力T=2F=200N;
再对F的作用点分析可知,拉力为F=2×200×cos30°=200=346N;
故答案为:100;100;346.
两木块A、B质量分别为m、M,用劲度系数为k的轻弹簧连在一起,放在水平地面上,如图所示,用外力将木块A压下一段距离静止,释放后A做简谐运动,在A振动过程中,木块B刚好始终未离开地面.求:
(1)木块A的最大加速度;
(2)木块B对地面的最大压力;
(3)若要使B能离开地面,外力在释放时至少要多大.
正确答案
解:(1)在A振动过程中,木块B刚好始终未离开地面,此时木块A在最高点,位移最大;
对B:F-Mg=0…①
对A:F+mg=ma…②
联立解得:a=g+g…③
(2)当木块A在最低点时,弹簧的压缩量最大,弹力等于F,故木块B对地面的最大压力:
F′=F+Mg…④
联立①④解得:F′=2Mg
(3)若要使B能离开地面,外力在释放时只要大于F,即大于Mg即可;
答:(1)木块A的最大加速度为g+g;
(2)木块B对地面的最大压力为2Mg;
(3)若要使B能离开地面,外力在释放时要大于Mg.
解析
解:(1)在A振动过程中,木块B刚好始终未离开地面,此时木块A在最高点,位移最大;
对B:F-Mg=0…①
对A:F+mg=ma…②
联立解得:a=g+g…③
(2)当木块A在最低点时,弹簧的压缩量最大,弹力等于F,故木块B对地面的最大压力:
F′=F+Mg…④
联立①④解得:F′=2Mg
(3)若要使B能离开地面,外力在释放时只要大于F,即大于Mg即可;
答:(1)木块A的最大加速度为g+g;
(2)木块B对地面的最大压力为2Mg;
(3)若要使B能离开地面,外力在释放时要大于Mg.
在水平路面上用绳子拉一个重力为G=183N的木箱,绳子与水平路面的夹角为θ=30°,如图所示.木箱与路面间的动摩擦因数μ=0.10,要使木箱能在水平路面上匀速直线移动,则绳上所加拉力F应为多大?(计算时取
)
正确答案
解:物体的受力分析如右图所示,木箱受到了四个力的作用.将拉力F按水平方向与竖直方向分解为两个分力F1和F2,
在水平方向上由二力平衡可得
F1=Ff=Fcos θ ①
在竖直方向上G=F2+FN=FN+Fsin θ ②
又Ff=μFN ③
联立以上各式解得F=20 N.
答:绳子上所加的拉力为20N.
解析
解:物体的受力分析如右图所示,木箱受到了四个力的作用.将拉力F按水平方向与竖直方向分解为两个分力F1和F2,
在水平方向上由二力平衡可得
F1=Ff=Fcos θ ①
在竖直方向上G=F2+FN=FN+Fsin θ ②
又Ff=μFN ③
联立以上各式解得F=20 N.
答:绳子上所加的拉力为20N.
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