• 用牛顿运动定律解决问题(二)
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题型:简答题
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简答题

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

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

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简答题

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.

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简答题

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×=5N

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×=5N

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.

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简答题

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.

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简答题

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,A对B的压力为N,处于动平衡状态,则有

  F=f+f=μN+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,A对B的压力为N,处于动平衡状态,则有

  F=f+f=μN+μN=430.4N

答:绳的拉力是248.4N.水平拉力F是430.4N.

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简答题

(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.

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题型:简答题
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简答题

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.

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题型:简答题
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简答题

(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.

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题型: 单选题
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单选题

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(  )

AFN不变,f变大

BFN不变,f变小

CFN变大,f变大

DFN变大,f变小

正确答案

B

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

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.

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题型:简答题
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简答题

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

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

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

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