- 用牛顿运动定律解决问题(二)
- 共11872题
质量为m的物体放在倾角为θ的斜面上,设θ=45°,物体与斜面间的动摩擦因数μ=0.5,一个沿水平方向作用于物体的力F使物体匀速上滑,如图所示,则F等于多少.
正确答案
解:物体m受力如图:
把F,mg沿斜面和垂直斜面进行分解.
沿斜面方向受力平衡得:
f+mgsinθ=Fcosθ…①
在垂直斜面方向受力平衡得:
FN=mgcosθ+Fsinθ…②
又f=μFN… ③
由①②③得:F==
=3mg.
答:推力F为3mg.
解析
解:物体m受力如图:
把F,mg沿斜面和垂直斜面进行分解.
沿斜面方向受力平衡得:
f+mgsinθ=Fcosθ…①
在垂直斜面方向受力平衡得:
FN=mgcosθ+Fsinθ…②
又f=μFN… ③
由①②③得:F==
=3mg.
答:推力F为3mg.
如图所示,一质量为m的导体棒MN两端分别放在两个固定的光滑圆形导轨上,两导轨平等且间距为L,导轨处在竖直向上的匀强磁场中,当导体棒中通一自右向左的电流I时,导体棒静止在与竖直方向成37°角的导轨上,取sin37°=0.6,cos37°=0.8,求:
(1)磁场的磁感应强度B;
(2)每个圆导轨对导体棒的支持力大小FN.
正确答案
解:(1)从右向左看受力分析如图所示:
由受力平衡得到:
解得:
即磁场的磁感应强度B的大小为.
(2)两个导轨对棒的支持力为2FN,满足:
2FNcos37°=mg
解得:
即每个圆导轨对导体棒的支持力大小为.
解析
解:(1)从右向左看受力分析如图所示:
由受力平衡得到:
解得:
即磁场的磁感应强度B的大小为.
(2)两个导轨对棒的支持力为2FN,满足:
2FNcos37°=mg
解得:
即每个圆导轨对导体棒的支持力大小为.
如图所示,用长为L的绝缘细线悬挂一带电小球,小球质量为m.现加一水平向右、场强为E的匀强电场,平衡时小球静止于A点,细线与竖直方向成θ=26.7°角.(已知tan26.7°=0.5)
(1)求小球所带电荷量的大小;
(2)保持小球电量和电场强度大小不变,改变电场的方向,求θ角的最大值,和此时电场与水平方向的夹角α.
正确答案
解:(1)由小球为研究对象,受重力、电场力和绳子的拉力,且处于平衡,
所以:
代入数值解得:q=
(2)改变电场的方向,画出小球的受力图如图,则:
以重力的作用点为圆心,以电场力的大小为半径做一个圆,沿半径的方向为电场力的方向,则绳子的拉力F与电场力qE的合力与重力大小相等,方向相反,过该力的终点连接圆上的各点,组成的三角形即为三个力的矢量三角形,可知,当绳子的拉力F与电场力qE的合力的终点与圆的连线与圆相切时,F与水平方向之间的夹角最大,即绳子与竖直方向之间的夹角最大,由几何关系可知,此时电场力的方向与水平方向之间的夹角也是θ,且满足:
所以:α=θ′=30°
答:(1)小球所带电荷量的大小是;
(2)保持小球电量和电场强度大小不变,改变电场的方向,θ角的最大值是30°,和此时电场与水平方向的夹角α也是30°.
解析
解:(1)由小球为研究对象,受重力、电场力和绳子的拉力,且处于平衡,
所以:
代入数值解得:q=
(2)改变电场的方向,画出小球的受力图如图,则:
以重力的作用点为圆心,以电场力的大小为半径做一个圆,沿半径的方向为电场力的方向,则绳子的拉力F与电场力qE的合力与重力大小相等,方向相反,过该力的终点连接圆上的各点,组成的三角形即为三个力的矢量三角形,可知,当绳子的拉力F与电场力qE的合力的终点与圆的连线与圆相切时,F与水平方向之间的夹角最大,即绳子与竖直方向之间的夹角最大,由几何关系可知,此时电场力的方向与水平方向之间的夹角也是θ,且满足:
所以:α=θ′=30°
答:(1)小球所带电荷量的大小是;
(2)保持小球电量和电场强度大小不变,改变电场的方向,θ角的最大值是30°,和此时电场与水平方向的夹角α也是30°.
三根绳a、b、c长度都为l,a、b悬挂在天花板上,c的下端与质量为m=2kg物体相连,它们之间的夹角为120°,如图所示.现用水平力F将物体m缓慢向右拉动,绳a的拉力为T1,绳b的拉力为T2,当绳c与竖直方向的夹角为某一角度时,T2的值恰为零,此时T1=______N,水平拉力F的大小为______N.(取g=10m/s2)
正确答案
40
20
解析
解:由题分析可知,当T2的值恰为零时,a与c在同一直线上,则对物体,分析受力情况,作出力图如图所示,则由平衡条件得:
T1==2mg=40N
F=mgcot30°=20N
故答案为:40,
如图所示,用细线OA、0B悬挂一重物,OA和OB与天花板的夹角分别为θ1=30°和θ2=60,它们所能承受的最大拉力分别为F1=1000N和F2=1500N,求悬挂物的最大重力.
正确答案
解:分析结点O的受力图如图,运用合成法,由几何知识:
TBO=TAOtan60°
若TAO=F1=1000N,
则得:TBO=1000N>F2=1500N
可知,当悬挂物的重力逐渐增大时,BO细线的拉力先达到最大值,将被拉断,则当TBO=F2=1500N时,有:
G==
N=1000
N
答:悬挂物的最大重力是1000N.
解析
解:分析结点O的受力图如图,运用合成法,由几何知识:
TBO=TAOtan60°
若TAO=F1=1000N,
则得:TBO=1000N>F2=1500N
可知,当悬挂物的重力逐渐增大时,BO细线的拉力先达到最大值,将被拉断,则当TBO=F2=1500N时,有:
G==
N=1000
N
答:悬挂物的最大重力是1000N.
如图所示,一质量为M=2kg的铁块套在倾斜放置的杆上,杆与水平方向的夹角θ=60°,一轻绳一端连在铁块上,一端连在一质量为m=1kg的小球上,一水平力F作用在小球上,连接铁块与球的轻绳与杆垂直,铁块和球都处于静止状态.(g取10m/s2)求:
(1)拉力F的大小;
(2)杆对铁块的摩擦力的大小.
正确答案
解:(1)对B球受力,如图:
根据力的平衡条件,有:
水平方向:Tsinθ=F
竖直方向:Tcosθ=mg
故:
F=mgtanθ
解得:
F=10 N
(2)由于绳对铁块的拉力垂直于铁块,且铁块处于静止状态,因此铁块受到的摩擦力等于铁块的重力沿斜面向下的分力,即:
Ff=Mgsinθ=2×10×=10
N
答:(1)拉力F的大小为10N;
(2)杆对铁块的摩擦力的大小为10 N.
解析
解:(1)对B球受力,如图:
根据力的平衡条件,有:
水平方向:Tsinθ=F
竖直方向:Tcosθ=mg
故:
F=mgtanθ
解得:
F=10 N
(2)由于绳对铁块的拉力垂直于铁块,且铁块处于静止状态,因此铁块受到的摩擦力等于铁块的重力沿斜面向下的分力,即:
Ff=Mgsinθ=2×10×=10
N
答:(1)拉力F的大小为10N;
(2)杆对铁块的摩擦力的大小为10 N.
如图所示,一质量为2kg的物体夹在两木板之间,物体左右两侧与两块木板间的动摩擦因数μ都为0.1.现用一劲度系数为1000N/m弹簧竖直向上把该物体匀速抽出,弹簧伸长了5cm.现要竖直向下把它匀速抽出,(设两木板对物体的压力不变,弹簧始终处于弹性限度以内,g=10m/s2)求:
(1)弹簧的伸长量是多少?
(2)压力FN是多大?
正确答案
解:竖直向上拉时:弹簧弹力F1=kx1=1000×0.05=50N,
根据平衡条件得:F1-mg-2μFN=0,
解得:FN=150N
沿向下的方向拉物体时:F2+mg-2μFN=0,解得:
F2=10N,
根据胡克定律得:,
答:(1)弹簧的伸长量是0.01m;
(2)压力FN是150N.
解析
解:竖直向上拉时:弹簧弹力F1=kx1=1000×0.05=50N,
根据平衡条件得:F1-mg-2μFN=0,
解得:FN=150N
沿向下的方向拉物体时:F2+mg-2μFN=0,解得:
F2=10N,
根据胡克定律得:,
答:(1)弹簧的伸长量是0.01m;
(2)压力FN是150N.
如图所示,可以视为质点的小球A、B球被轻绳连接后,挂在光滑的圆柱上恰好处于静止状态,已知圆心为O点,∠AOB=90°,OB与竖直方向的夹角α=300,则A、B球的质量之比为( )
正确答案
解析
解:分别选A和B为研究对象受力分析如图:
由左图得:T=Fsin60°=GAsin60°=…①
由右图得:T=F′sinα=GBsin30°=…②
由①②两式得:mA:mB=1:
故选C
如图所示,一个质量为m=2kg的均匀球体,放在倾角θ=37°的光滑斜面上,并被斜面上一个竖直的光滑挡板挡住,处于平衡状态.求球体对挡板和斜面的压力.(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)
正确答案
解:球受三个力:G、F1、F2.如图.
根据平衡条件得
F1=Gtan37°=mgtan37°=15N
F2==
=25N
由牛顿第三定律得:
球体对挡板的压力大小:F1′=F1=15N,方向水平向左
球体对斜面的压力的大小:F2′=F2=25N,方向垂直斜面向下
答:球体对挡板为15N,方向水平向左;斜面的压力为25N,方向垂直斜面向下.
解析
解:球受三个力:G、F1、F2.如图.
根据平衡条件得
F1=Gtan37°=mgtan37°=15N
F2==
=25N
由牛顿第三定律得:
球体对挡板的压力大小:F1′=F1=15N,方向水平向左
球体对斜面的压力的大小:F2′=F2=25N,方向垂直斜面向下
答:球体对挡板为15N,方向水平向左;斜面的压力为25N,方向垂直斜面向下.
如图所示,在倾角为θ=30°的斜面上放有一质量M=4kg的物体A,由轻绳与质量为m=1kg的物体B相连,轻推A后,A沿斜面匀速下滑.求A与斜面间的动摩擦因数.(取g=10m/s2)
正确答案
解:以B为研究对象可得轻绳子中的张力 F=mg=10N
以A为研究对象,其受力情况如图,根据平衡条件得:
在平行斜面的方向有:Mgsinθ-F-Ff=0 ①
在垂直斜面的方向有:FN-Mgcosθ=0 ②
又 Ff=μFN ③
由①②③解得:μ==
=
=0.29
答:A与斜面间的动摩擦因数为0.29.
解析
解:以B为研究对象可得轻绳子中的张力 F=mg=10N
以A为研究对象,其受力情况如图,根据平衡条件得:
在平行斜面的方向有:Mgsinθ-F-Ff=0 ①
在垂直斜面的方向有:FN-Mgcosθ=0 ②
又 Ff=μFN ③
由①②③解得:μ==
=
=0.29
答:A与斜面间的动摩擦因数为0.29.
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