- 用牛顿运动定律解决问题(二)
- 共11872题
如图所示质量为m的物体靠在粗糙的竖直墙上,物体与墙之间的动摩擦因数为μ,若要使物体沿着墙匀速运动,求与水平方向成α角的外力F的大小?
正确答案
解:当物体沿墙匀速下滑时,受力如图(a)所示,建立如图所示的坐标系,由平衡条件得
图(a) 图(b)
F1sinα+Ff1=mg ①
FN1=F1cosα ②
又有Ff1=μFN1 ③
由①②③解得F1=
当物体匀速上滑时,受力如图(b)所示,建立如图所示的坐标系,由平衡条件得
F2sinα=Ff2+mg ④
FN2=F2cosα ⑤
又有Ff2=μFN2 ⑥
由④⑤⑥解得F2=
答:外力F的大小为或
.
解析
解:当物体沿墙匀速下滑时,受力如图(a)所示,建立如图所示的坐标系,由平衡条件得
图(a) 图(b)
F1sinα+Ff1=mg ①
FN1=F1cosα ②
又有Ff1=μFN1 ③
由①②③解得F1=
当物体匀速上滑时,受力如图(b)所示,建立如图所示的坐标系,由平衡条件得
F2sinα=Ff2+mg ④
FN2=F2cosα ⑤
又有Ff2=μFN2 ⑥
由④⑤⑥解得F2=
答:外力F的大小为或
.
如图所示,一只小球用绳OA、OB和OC拉住,OB水平,OA与水平方向成60°角,这时OA绳受的拉力FA为8N,试求:
(1)小球重力G;
(2)OB绳拉力FB的大小.
正确答案
解:把小球的重力G沿BO和AO方向进行分解,分力分别为FB和FA,根据平衡条件可以得到:
,
.
答:(1)小球重力G为;
(2)OB绳拉力FB的大小为4N.
解析
解:把小球的重力G沿BO和AO方向进行分解,分力分别为FB和FA,根据平衡条件可以得到:
,
.
答:(1)小球重力G为;
(2)OB绳拉力FB的大小为4N.
用细绳AC和BC吊一重物,质量为1kg,绳与竖直方向夹角分别为30°和60°,如图,g取10m/s2,求:
(1)物体重力的大小;
(2)在图中画出物体的重力和绳AC、BC所受到的拉力的示意图;
(3)求绳AC、BC所受到的拉力的大小.
正确答案
解:(1)物体的重力大小:
G=mg=1×10=10N
(2)作图,如图所示:
(3)AC绳的弹力:
F1=Gcos30°=10×=5
N
BC绳的弹力:
F2=Gsin30°=10×=5N
答:(1)物体重力的大小为10N;
(2)力的示意图如图所示;
(3)绳AC所受到的拉力的大小为5N,绳BC所受到的拉力的大小为5N.
解析
解:(1)物体的重力大小:
G=mg=1×10=10N
(2)作图,如图所示:
(3)AC绳的弹力:
F1=Gcos30°=10×=5
N
BC绳的弹力:
F2=Gsin30°=10×=5N
答:(1)物体重力的大小为10N;
(2)力的示意图如图所示;
(3)绳AC所受到的拉力的大小为5N,绳BC所受到的拉力的大小为5N.
如图所示,小球被轻质细绳系住斜吊着放在静止的光滑斜面上,设小球质量m=1kg,斜面倾角α=30°,悬线与竖直方向夹角θ=30°,光滑斜面的质量为3kg,置于粗糙水平面上.g=10m/s2.
求:
(1)悬线对小球拉力大小.
(2)地面对斜面的摩擦力的大小和方向.
正确答案
解:(1)以小球为研究对象,受力分析如答图1所示.
根据平衡条件得知,T与N的合力F=mg
得T==
(2)以小球和斜面整体为研究对象,受力分析如答图2所示.
由于系统静止,合力为零,则有
方向水平向左
答:
(1)悬线对小球拉力大小为.
(2)地面对斜面的摩擦力的大小为,方向水平向左.
解析
解:(1)以小球为研究对象,受力分析如答图1所示.
根据平衡条件得知,T与N的合力F=mg
得T==
(2)以小球和斜面整体为研究对象,受力分析如答图2所示.
由于系统静止,合力为零,则有
方向水平向左
答:
(1)悬线对小球拉力大小为.
(2)地面对斜面的摩擦力的大小为,方向水平向左.
木板B放在水平地面上,在木板B上放一重1200N的A物体,物体A与木板B间,木板与地间的摩擦因数均为0.2,木板B重力不计,当水平拉力F将木板B匀速拉出,绳与水平方向成30°时,问绳的拉力T多大?水平拉力F多大?(重力加速度g=10m/s2)
正确答案
解:对A,受力如图1所示,根据平衡条件,有:
f=Tcos30°
Tsin30°+N=GA
又f=μN
联立得到,解(1)(2)式得,μN=Tcos30°,
Tsin30°+=GA
代入解得,T=248.4N,f=248.7×=215N
对B:受F,A对B的摩擦力,地对B的摩擦力,地对B的弹力N地,A对B的压力为N,处于动平衡状态,则有
F=f地+f=μN地+μN=430.4N
答:绳的拉力是248.4N.水平拉力F是430.4N.
解析
解:对A,受力如图1所示,根据平衡条件,有:
f=Tcos30°
Tsin30°+N=GA
又f=μN
联立得到,解(1)(2)式得,μN=Tcos30°,
Tsin30°+=GA
代入解得,T=248.4N,f=248.7×=215N
对B:受F,A对B的摩擦力,地对B的摩擦力,地对B的弹力N地,A对B的压力为N,处于动平衡状态,则有
F=f地+f=μN地+μN=430.4N
答:绳的拉力是248.4N.水平拉力F是430.4N.
(2015秋•廊坊期末)放在水平地面上的物体P的重量为GP=10N,与P相连的细绳通过光滑的滑轮挂了一个重物Q拉住物体P,重物Q的重量为GQ=2N,此时两物体保持静止状态,绳与水平方向成30°角,则物体P受到地面对它的摩擦F1与地面对它的支持力F2各位多大?
正确答案
解:如图所示P的受力图,根据平衡条件得:
水平方向 F1=Fcos30°----①
竖直方向 F2+Fsin30°=GP---②
又 F=GQ=2N----------③
联合①②③解得 F1=,F2=9N
答:物体P受到地面对它的摩擦F1与地面对它的支持力F2各是和9N.
解析
解:如图所示P的受力图,根据平衡条件得:
水平方向 F1=Fcos30°----①
竖直方向 F2+Fsin30°=GP---②
又 F=GQ=2N----------③
联合①②③解得 F1=,F2=9N
答:物体P受到地面对它的摩擦F1与地面对它的支持力F2各是和9N.
质量是60kg的人站在升降机中的体重计上(g取10m/s2),求:
(1)升降机匀速上升时体重计的读数;
(2)升降机以4m/s2的加速度匀加速上升时体重计的读数;
(3)当体重计的读数是420N时,判断升降机的运动情况.
正确答案
解:(1)升降机匀速上升,受力平衡,则FN=mg=600N
(2)升降机加速上升,加速度方向向上,支持力大于重力
根据牛顿第二定律得:
FN1-mg=ma1
FN1=m(g+a1)=840N
(3)当体重计的读数是420N时,小于600N,人处于失重状态,则升降机加速下降,加速度方向向下
根据牛顿第二定律得:
mg-FN2=ma2
升降机以 3m/s2的加速度匀减速上升或3m/s2的加速度匀加速下降.
答:(1)升降机匀速上升时体重计的读数是600N;(2)升降机以4m/s2的加速度上升时体重计的读数是840N;(3)以 3m/s2的加速度匀减速上升或3m/s2的加速度匀加速下降.
解析
解:(1)升降机匀速上升,受力平衡,则FN=mg=600N
(2)升降机加速上升,加速度方向向上,支持力大于重力
根据牛顿第二定律得:
FN1-mg=ma1
FN1=m(g+a1)=840N
(3)当体重计的读数是420N时,小于600N,人处于失重状态,则升降机加速下降,加速度方向向下
根据牛顿第二定律得:
mg-FN2=ma2
升降机以 3m/s2的加速度匀减速上升或3m/s2的加速度匀加速下降.
答:(1)升降机匀速上升时体重计的读数是600N;(2)升降机以4m/s2的加速度上升时体重计的读数是840N;(3)以 3m/s2的加速度匀减速上升或3m/s2的加速度匀加速下降.
(2015秋•巫溪县校级月考)重量为60N、长为L=2m的均匀木棒放在水平桌面上,如图(a)所示,至少要用40N的水平推力,才能使它从原地开始运动.木棒从原地移动以后,用30N的水平推力,就可以使木棒继续做匀速运动.求:
(1)木棒与桌面间的最大静摩擦力Fmax.
(2)木棒与桌面间的动摩擦因数μ.
(3)当水平推力使木棒匀速运动至木棒有0.5m露出桌面时,如图(b)所示,水平推力的大小F.
正确答案
解:(1)木棒从原地开始运动必须克服最大静摩擦力,所以有:
Fmax=F1=40N
(2)推力F2与滑动摩擦力相等时,木棒做匀速运动,所以有:
F2=μmg
得:μ=
(3)当水平推力使木棒匀速运动至木棒有0.5m露出桌面时,水平推力等于此时的滑动摩擦力,而滑动摩擦力F=μFN=μmg不变,所以有:
F=30N
答:(1)木棒与桌面间的最大静摩擦力Fmax是40N;
(2)木棒与桌面间的动摩擦因数μ为0.5;
(3)水平推力的大小F是30N.
解析
解:(1)木棒从原地开始运动必须克服最大静摩擦力,所以有:
Fmax=F1=40N
(2)推力F2与滑动摩擦力相等时,木棒做匀速运动,所以有:
F2=μmg
得:μ=
(3)当水平推力使木棒匀速运动至木棒有0.5m露出桌面时,水平推力等于此时的滑动摩擦力,而滑动摩擦力F=μFN=μmg不变,所以有:
F=30N
答:(1)木棒与桌面间的最大静摩擦力Fmax是40N;
(2)木棒与桌面间的动摩擦因数μ为0.5;
(3)水平推力的大小F是30N.
有一个直角支架AOB,AO水平放置,表面粗糙,OB竖直向下,表面光滑.AO上套有小环P,OB上套有小环Q,两环质量均为m,两环由一根质量可忽略、不可伸长的细绳相连,并在某一位置平衡(如图所示).现将P环向左移一小段距离,两环再次达到平衡,那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较,AO杆对P环的支持力FN和摩擦力f的变化情况是( )
正确答案
解析
解:对小环Q受力分析,受到重力、支持力和拉力,如图
根据三力平衡条件,得到
T=
N=mgtanθ
再对P、Q整体受力分析,受到总重力、OA杆支持力、向右的静摩擦力、BO杆的支持力,如图
根据共点力平衡条件,有
N=f
FN=(m+m)g=2mg
故
f=mgtanθ
当P环向左移一小段距离,角度θ变小,故静摩擦力f变小,支持力FN不变;
故选B.
两个带电量均为+q小球,质量均为m,固定在轻质绝缘直角框架OAB(框架的直角边长均为L)的两个端点A、B上,另一端点用光滑铰链固定在O点,整个装置可以绕垂直于纸面的水平轴在竖直平面内自由转动.
(1)若施加竖直向上的匀强电场E1,使框架OA边水平、OB边竖直并保持静止状态,则电场强度E1多大?
(2)若改变匀强电场的大小和方向(电场仍与框架面平行),为使框架的OA边水平、OB边竖直(B在O的正下方),则所需施加的匀强电场的场强E2至少多大?方向如何?
(3)若框架处在匀强电场E1中OA边水平、OB边竖直并保持静止状态时,对小球B施加一水平向右的恒力F,则小球B在何处时速度最大?最大值是多少?
正确答案
解:(1)根据有固定转动轴物体的平衡条件,有q=mgL
可得=
即电场强度大小为
.
(2)设匀强电场E2的方向与竖直方向夹角为θ,则有力矩平衡条件可得
=mgL
,其中tanβ=
=1,所以β=45°,即
=mg
可见当θ=时,最小电场强度
=
即则所需施加的匀强电场的场强E2至少,方向与竖直方向成45°角向上.
(3)由于q=mg,当OB边右侧水平时B速度最大,由动能定理
有
可得B球的最大速度为
即小球B在水平位置时速度最大,最大速度为.
解析
解:(1)根据有固定转动轴物体的平衡条件,有q=mgL
可得=
即电场强度大小为
.
(2)设匀强电场E2的方向与竖直方向夹角为θ,则有力矩平衡条件可得
=mgL
,其中tanβ=
=1,所以β=45°,即
=mg
可见当θ=时,最小电场强度
=
即则所需施加的匀强电场的场强E2至少,方向与竖直方向成45°角向上.
(3)由于q=mg,当OB边右侧水平时B速度最大,由动能定理
有
可得B球的最大速度为
即小球B在水平位置时速度最大,最大速度为.
扫码查看完整答案与解析