- 用牛顿运动定律解决问题(二)
- 共11872题
如图所示,质量为m的小球置于倾角为30°的光滑斜面上,劲度系数为k的轻质弹簧,一端系在小球上,另一端固定在墙上的P点,小球静止时,弹簧与竖直方向的夹角为30°,则弹簧的伸长量为( )
正确答案
解析
解:以小球为研究对象,分析受力情况:小球受到重力mg、弹簧的拉力F和斜面的支持力N,作出力图,如图.作出F和N的合力,由平衡条件可知,F和N的合力与重力mg大小相等,方向相反.由对称性可知,N=F,则有
2Fcos30°=mg
又由胡克定律得 F=kx
联立解得 x=
故选C
一铁架台放在水平地面上,其上用轻质细线悬挂一小球,开始时细线竖直.现将水平F作用于小球上,使其缓慢地由实线位置运动到虚线位置,铁架台始终保持静止.则在这一过程中( )
正确答案
解析
解:A、对小球受力分析,受拉力、重力、F,根据平衡条件,有:
F=mgtanθ,θ逐渐增大则F逐渐增大,故A正确;
B、由上图可知,线细的拉力T=,θ增大,T增大,故B错误;
CD、以整体为研究对象,根据平衡条件得:
Ff=F,则Ff逐渐增大.
FN=(M+m)g,FN保持不变.故D正确,C错误.
故选:AD.
如图所示,T型装置倒悬于0点,可绕O轴无摩擦转动,B0杆长40cm,重力不计,AB段和BC段粗细相同分别用不同材料制成,AB长30cm.两段均重20N.AB段的密度是BC的1.5倍,则在A点至少用力F=______才能使静止在水平位置,若去掉这个力,使此装置处于自然平衡,则其偏角θ=______.
正确答案
3N
5.36°
解析
解:AB段和BC段粗细相同分别用不同材料制成,AB长30cm,两段均重20N,AB段的密度是BC的1.5倍,根据G=mg=ρLSg,长度与密度成反比,故BC长度为45cm;
以O点为支点,当拉力与AO垂直时最省力,根据力矩平衡条件,有:
=G•
+F•AO
解得:
F==
=3N
若去掉这个力,整体的重心在O点的正下方,设重心与AC中点间距为x,故:
解得:
x==
故sinθ=
θ=5.36°
故答案为:3N,5.36°.
如图所示为排球网架,为了使用活动铰链与地面连接的排球网架的直杆能垂直于水平地面,需要用绳子把杆拉住.绳子CO与竖直直杆CD夹角为37°,与球网在同一平面内;绳子AO、BO、CO同在另一平面内,AO、BO两绳子的拉力大小相等,夹角为60°;球网上方水平拉线CE的拉力大小为300N,排球网架直杆质量为20kg,不计绳子、拉线和球网的质量.(g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)求:
(1)铰链给直杆的支持力为多大
(2)AO、BO两绳子的拉力大小.
正确答案
解:(1)CO绳子和网对C的拉力的合力竖直向下,如图所示:
故N==
=300
N
(2)OC绳子拉力:=300
N
AO、BO两绳子的拉力大小相等,为:
=
=300N
答:(1)铰链给直杆的支持力为300N;
(2)AO、BO两绳子的拉力大小为300N.
解析
解:(1)CO绳子和网对C的拉力的合力竖直向下,如图所示:
故N==
=300
N
(2)OC绳子拉力:=300
N
AO、BO两绳子的拉力大小相等,为:
=
=300N
答:(1)铰链给直杆的支持力为300N;
(2)AO、BO两绳子的拉力大小为300N.
如图所示,物体A质量为2kg,与斜面间动摩擦因数为0.4,若要使A在斜面上静止,物体B质量的最大值和最小值是多少?(已知sin37°=0.6 cos37°=0.8)
正确答案
解:对A进行受力分析如图所示:
根据正交分解可知:y轴上合力为零:
即有:N=mAgcos37°
代入数据可得:N=2×10×0.8N=16N
根据题意,物体A与斜面之间的最大静摩擦力fmax=f滑=μN=0.4×16N=6.4N
由于物体受到的静摩擦力可能沿斜面向上,也可能沿斜面向下
当物体受到的摩擦力等于最大静摩擦力且方向沿斜面向上时根据受力平衡有:T1+fmax=mAgsin37°①此时拉力T最小
当物体受到的摩擦力等于最大静摩擦力且方向沿斜面向下时根据受力平衡有:T2=fmax+mAgsin37°②此时拉力T最大
同时B物体也处于平衡状态由受力分析有:T=mBg③
由①②两式代入数据可得:T1=5.6N T2=18.4N
由③式可得:物体B质量的最小值为:mB1==0.56kg
物体B质量的最大值为:mB2==1.84kg
答:若要使A在斜面上静止,物体B质量的最大值为1.84kg,最小值为0.56kg.
解析
解:对A进行受力分析如图所示:
根据正交分解可知:y轴上合力为零:
即有:N=mAgcos37°
代入数据可得:N=2×10×0.8N=16N
根据题意,物体A与斜面之间的最大静摩擦力fmax=f滑=μN=0.4×16N=6.4N
由于物体受到的静摩擦力可能沿斜面向上,也可能沿斜面向下
当物体受到的摩擦力等于最大静摩擦力且方向沿斜面向上时根据受力平衡有:T1+fmax=mAgsin37°①此时拉力T最小
当物体受到的摩擦力等于最大静摩擦力且方向沿斜面向下时根据受力平衡有:T2=fmax+mAgsin37°②此时拉力T最大
同时B物体也处于平衡状态由受力分析有:T=mBg③
由①②两式代入数据可得:T1=5.6N T2=18.4N
由③式可得:物体B质量的最小值为:mB1==0.56kg
物体B质量的最大值为:mB2==1.84kg
答:若要使A在斜面上静止,物体B质量的最大值为1.84kg,最小值为0.56kg.
跳伞运动员在下落过程中(如图所示),假定伞所受空气阻力的大小跟下落速度的平方成正比,即F=kv2,比例系数k=20N•s2/m2,跳伞运动员与伞的总质量为72kg,起跳高度足够高,则:
(1)跳伞运动员在空中做什么运动?收尾速度是多大?
(2)当速度达到4m/s时,下落加速度是多大?(g取10m/s2)
正确答案
解:(1)对跳伞运动员受力分析,物体受重力与阻力;
由牛顿第二定律可得:mg-kv2=ma
则有:a=
随速度的增大,阻力不断变大,当阻力与重力相等时,加速度为零.所以运动员先做加速度减小的加速运动,最后做匀速运动.
当阻力与重力相等时,则有:mg-kv2=0
得:
(2)当速度达到4m/s时,mg-F=ma
得:m/s 2
答:(1)跳伞运动员在空中做先做加速度减小的加速运动,最后做匀速运动;收尾速度是6m/s;
(2)当速度达到4m/s时,下落加速度是5.56m/s 2.
解析
解:(1)对跳伞运动员受力分析,物体受重力与阻力;
由牛顿第二定律可得:mg-kv2=ma
则有:a=
随速度的增大,阻力不断变大,当阻力与重力相等时,加速度为零.所以运动员先做加速度减小的加速运动,最后做匀速运动.
当阻力与重力相等时,则有:mg-kv2=0
得:
(2)当速度达到4m/s时,mg-F=ma
得:m/s 2
答:(1)跳伞运动员在空中做先做加速度减小的加速运动,最后做匀速运动;收尾速度是6m/s;
(2)当速度达到4m/s时,下落加速度是5.56m/s 2.
如图所示,在水平面上放着两个木块a和b,质量分别为ma、mb,它们与水平面间的动摩擦因数为μ.两木块之间连接一个劲度系数为k的轻弹簧,弹簧原长为L.对b施加水平向右的拉力F,a、b以相同的速度做匀速直线运动,弹簧的伸长量为x.则下列关系正确的是( )
正确答案
解析
解:A、对木块a受力分析如图:
根据平衡条件弹簧的弹力F=μmag,故A正确.
B、根据平衡条件,b做匀速直线运动,则b所受的合力一定为零.故B错误.
C、由于a、b以相同的速度一起做匀速直线运动,所以可以把a、b看成整体研究,整体受重力(ma+mb)g、支持力FN=(ma+mb)g、摩擦力f=μFN、拉力F.
根据平衡条件,F=f=f=μFN=μ(ma+mb)g.故C错误.
D、由胡克定律:F=kx
整理:x==
所以弹簧的长度为:L+x=L+.故D错误.
故选A.
如图所示,质量M=2
kg的木块套在水平杆上,并用轻绳与质量m=
kg的小球相连.今用跟水平方向成α=30°角的力F=10
N拉着球带动木块一起向右匀速运动,运动中M、m的相对位置保持不变,g=10m/s2,求运动过程中木块M与水平杆间的动摩擦因数.
正确答案
解:以木块和小球组成的整体为研究对象,分析受力情况,如图.再平衡条件得
Fcos30°=f
N+Fsin30°=(M+m)g
又f=μN
得到,μ=
代入解得,μ=
答:运动过程中木块M与水平杆间的动摩擦因数是.
解析
解:以木块和小球组成的整体为研究对象,分析受力情况,如图.再平衡条件得
Fcos30°=f
N+Fsin30°=(M+m)g
又f=μN
得到,μ=
代入解得,μ=
答:运动过程中木块M与水平杆间的动摩擦因数是.
如图所示,竖直平面内有无限长、不计电阻的两组平行光滑金属导轨,宽度均为L=0.5m,上方连接一个阻值R=1Ω的定值电阻,虚线下方的区域内存在磁感应强度B=2T的匀强磁场.完全相同的两根金属杆1和2靠在导轨上,金属杆与导轨等宽且与导轨接触良好,电阻均为r=0.5Ω.将金属杆1固定在磁场的上边缘(仍在此磁场内),金属杆2从磁场边界上方h0=0.8m处由静止释放,进入磁场后恰作匀速运动.(g取10m•s2)求:
(1)金属杆的质量m为多大?
(2)若金属杆2从磁场边界上方h1=0.2m处由静止释放,进入磁场经过一段时间后开始匀速运动.在此过程中整个回路产生了1.4J的电热,则此过程中流过电阻R的电量q为多少?
(3)金属杆2仍然从离开磁场边界h1=0.2m处由静止释放,在金属杆2进入磁场的同时由静止释放金属杆1,两金属杆运动了一段时间后均达到稳定状态,试求两根金属杆各自的最大速度.(已知两个电动势分别为E1、E2不同的电源串联时,电路中总的电动势E=E1+E2.)
正确答案
解:(1)金属杆2进入磁场前做自由落体运动,vm==
m/s=4m/s
金属杆2进入磁场后受两个力平衡:mg=BIL,
且
解得:m==0.2kg
(2)金属杆2从下落到再次匀速运动的过程中,能量守恒(设金属杆2在磁场内下降h2)
mg(h1+h2)=mvm2+Q
解得:h2=-h1=1.3m
金属杆2进入磁场到匀速运动的过程中,
(3)金属杆2刚进入磁场时的速度:v==
m/s=2m/s
释放金属杆1后,两杆受力情况相同,且都向下加速,合力等于零时速度即最大,即mg=BIL,
且I=,E1=BLv1,E2=BLv2
整理得到:v1+v2=
代入数据得:v1+v2=4 m/s
因为两个金属杆任何时刻受力情况相同,因此任何时刻两者的加速度也都相同,在相同时间内速度的增量也必相同,即:v1-0=v2-v
代入数据得:v2-v1=2m/s
联立求得:v1=1m/s,v2=3m/s
答:(1)金属杆2的质量m为0.2kg.
(2)流过电阻R的电量q为0.65C.
(3)两根金属杆各自的最大速度分别是1m/s和3m/s.
解析
解:(1)金属杆2进入磁场前做自由落体运动,vm==
m/s=4m/s
金属杆2进入磁场后受两个力平衡:mg=BIL,
且
解得:m==0.2kg
(2)金属杆2从下落到再次匀速运动的过程中,能量守恒(设金属杆2在磁场内下降h2)
mg(h1+h2)=mvm2+Q
解得:h2=-h1=1.3m
金属杆2进入磁场到匀速运动的过程中,
(3)金属杆2刚进入磁场时的速度:v==
m/s=2m/s
释放金属杆1后,两杆受力情况相同,且都向下加速,合力等于零时速度即最大,即mg=BIL,
且I=,E1=BLv1,E2=BLv2
整理得到:v1+v2=
代入数据得:v1+v2=4 m/s
因为两个金属杆任何时刻受力情况相同,因此任何时刻两者的加速度也都相同,在相同时间内速度的增量也必相同,即:v1-0=v2-v
代入数据得:v2-v1=2m/s
联立求得:v1=1m/s,v2=3m/s
答:(1)金属杆2的质量m为0.2kg.
(2)流过电阻R的电量q为0.65C.
(3)两根金属杆各自的最大速度分别是1m/s和3m/s.
(2015秋•厦门期末)如图所示,重为G的小球通过细线拉着靠在光滑的半圆柱体上,细线与竖直方向的夹角为30°,小球与圆心O的连线与竖直方向的夹角为60°,则细线对小球的作用力为( )
正确答案
解析
解:对小球受力分析,如图所示:
根据平衡条件,有:
F=mgcos30°=mg
故选:B
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