- 用牛顿运动定律解决问题(二)
- 共11872题
如图所示,在倾角为θ的粗糙斜面上,一个质量为m的物体被水平力F推着静止于斜面上,物体与斜面间的动摩擦因数为μ,且μ<tanθ,求力F的取值范围.
正确答案
解:当摩擦力沿斜面向下且达到最大值时,F最大,有
F1cosθ=f+mgsinθ
N=F1sinθ+mgcosθ
f=μN,
得:F1=
当摩擦力沿斜面向上且达到最大值时,F最小,有
F2cosθ+f=mgsinθ
N=F2sinθ+mgcosθ
f=μN
得:F2=
所以 ≤F≤
答:F的取值范围为:≤F≤
.
解析
解:当摩擦力沿斜面向下且达到最大值时,F最大,有
F1cosθ=f+mgsinθ
N=F1sinθ+mgcosθ
f=μN,
得:F1=
当摩擦力沿斜面向上且达到最大值时,F最小,有
F2cosθ+f=mgsinθ
N=F2sinθ+mgcosθ
f=μN
得:F2=
所以 ≤F≤
答:F的取值范围为:≤F≤
.
如图所示,轻杆BC的C点用光滑铰链与墙壁固定,杆的B点通过水平细绳AB使杆与竖直墙壁保持30°的夹角.若在B点系一细绳BD,其下端悬挂一质量m=30kg的重物,g取10m/s2.试求:轻杆BC和绳AB所受弹力的大小.
正确答案
解:将绳子对B点的重力分解为沿CB方向和沿AB两个方向的分力,作出力的分解图,则有
绳子的拉力T=F2=mgtan30°=
AB杆中的弹力F1=
答:轻杆BC和绳AB所受弹力的大小分别为和100
N.
解析
解:将绳子对B点的重力分解为沿CB方向和沿AB两个方向的分力,作出力的分解图,则有
绳子的拉力T=F2=mgtan30°=
AB杆中的弹力F1=
答:轻杆BC和绳AB所受弹力的大小分别为和100
N.
可看作质点的两个小球1、2用细线相连,搭在光滑的半圆柱体上,在图示位置两小球恰好都能保持静止.两球和半圆柱体轴心的连线与竖直方向的夹角分别是60°和30°.求两小球质量之比m1:m2______.
正确答案
=1:
解析
解:对两个小球分别受力分析,如图所示:
根据平衡条件,有:
对左球:T=m1gcos30°
对右球:T=m2gsin30°
联立解得:m1:m2=1:;
故答案为:=1:.
如图所示,重力为30N的物体,放在倾角为30°的光滑斜面上,弹簧秤对物体的拉力与斜面平行,物体在斜面上保持静止时,弹簧秤示数为( )
正确答案
解析
解:滑块受重力、支持力和弹簧的拉力,三力平衡,拉力等于重力的下滑分量,故:
F=mgsin30°=30×=15N
故选:C.
一般家庭的门上安装有一暗锁,这种暗锁由外壳A,骨架B,弹簧C(劲度系数为k),锁舌D(倾斜角θ=45°),锁槽E,以及连杆、锁头等部件组成,如图甲所示,设锁舌D与外壳A和锁槽E之间的摩擦因数为μ,且最大静摩擦力与滑动摩擦力相等,有一次放学后,一个学生准备锁门外出,他加最大力时,也不能将门关上(此种现象称为自锁),此刻暗锁所处的转题如图乙所示,P为锁舌D与E之间的接触点,弹簧由于被压缩缩短了x,求在正压力很大的情况下,仍然能够满足自锁条件,则摩擦因数μ至少多大?
正确答案
解:设锁舌D受锁槽E的最大静摩擦力为f2,正压力为FN,下表面的正压力为F,弹力为kx,由力的平衡条件可知:
kx+f1+f2cos45°-FNsin45°=0 ①
F-FNcos45°-f2sin45°=0 ②
f1=μF ③
f2=μFN ④
联立式①②③④,解得正压力的大小:
FN=
令FN趋向于∞,则有1-2μ-μ2=0
解得μ==0.41
答:摩擦因数μ至少为0.41.
解析
解:设锁舌D受锁槽E的最大静摩擦力为f2,正压力为FN,下表面的正压力为F,弹力为kx,由力的平衡条件可知:
kx+f1+f2cos45°-FNsin45°=0 ①
F-FNcos45°-f2sin45°=0 ②
f1=μF ③
f2=μFN ④
联立式①②③④,解得正压力的大小:
FN=
令FN趋向于∞,则有1-2μ-μ2=0
解得μ==0.41
答:摩擦因数μ至少为0.41.
表面光滑、质量不计的尖劈插在缝A、B之间,在尖劈背上加一压力F,求
(1)尖劈对A侧的压力;
(2)尖劈对B侧的压力.
正确答案
解:将F按照作用效果分解为图示两个方向,根据平行四边形定则,得:
F1=
F2=
答:(1)尖劈对A侧的压力为;
(2)尖劈对B侧的压力.
解析
解:将F按照作用效果分解为图示两个方向,根据平行四边形定则,得:
F1=
F2=
答:(1)尖劈对A侧的压力为;
(2)尖劈对B侧的压力.
如图所示,细绳CO与竖直方向成一定角度,A、B两物体用跨过轻滑轮的细绳相连,两绳夹角为60°,不计绳与滑轮间的摩擦.已知物体B的重力为100N.
(1)若地面对物体B的支持力为80N,求物体B所受到的摩擦力大小;
(2)若物体B与水平面之间的动摩擦因数为μ=0.5,欲使物体B在水平面上不滑动,物体A的重力最大不能超过多少?(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)
(3)若在满足(2)中所述情景下,试求CO绳所受的拉力大小.
正确答案
解:(1)首先确定绳子与水平方向的夹角,选择滑轮为研究对象,受力分析如图:
由于滑轮受力平衡,所以OC的拉力应与另外两绳AC、BC的拉力合力为零,而AC、CB实际为同一绳子,所以拉力大小相同,根据力的合成AC、BC两力的合力大小等于OC的拉力大小,方向沿OC向外,即四边形ACBD是菱形,∠DCA=30°.
对B受力分析如图所示:
因为∠ACB=60°,所以F拉和水平方向的夹角为θ=30°
由于B物体受力平衡:
水平方向:Tcosθ=f…①
竖直方向:Tsinθ+FN=GB…②
已知物体B所受重力为100N,水平地面对物体B的支持力FN为80N,
由②解得:T=40N…③
把③代入①解得:f=20N.
(2)由于B物体受力平衡:
水平方向:Tcosθ=f…④
竖直方向:Tsinθ+FN=GB…⑤
其中:f=μFN…⑥
联立④⑤⑥解得:T=N.
(3)绳子OC的拉力大小等于AC、BC两绳子拉力的合力:
FCD=2×T×cos30°=.
答:(1)物体B所受到的摩擦力大小为20N;
(2)物体A的重力最大不能超过;
(3)CO绳所受的拉力大小为.
解析
解:(1)首先确定绳子与水平方向的夹角,选择滑轮为研究对象,受力分析如图:
由于滑轮受力平衡,所以OC的拉力应与另外两绳AC、BC的拉力合力为零,而AC、CB实际为同一绳子,所以拉力大小相同,根据力的合成AC、BC两力的合力大小等于OC的拉力大小,方向沿OC向外,即四边形ACBD是菱形,∠DCA=30°.
对B受力分析如图所示:
因为∠ACB=60°,所以F拉和水平方向的夹角为θ=30°
由于B物体受力平衡:
水平方向:Tcosθ=f…①
竖直方向:Tsinθ+FN=GB…②
已知物体B所受重力为100N,水平地面对物体B的支持力FN为80N,
由②解得:T=40N…③
把③代入①解得:f=20N.
(2)由于B物体受力平衡:
水平方向:Tcosθ=f…④
竖直方向:Tsinθ+FN=GB…⑤
其中:f=μFN…⑥
联立④⑤⑥解得:T=N.
(3)绳子OC的拉力大小等于AC、BC两绳子拉力的合力:
FCD=2×T×cos30°=.
答:(1)物体B所受到的摩擦力大小为20N;
(2)物体A的重力最大不能超过;
(3)CO绳所受的拉力大小为.
如图所示,一个质量为10kg的木箱放在水平面上,木箱与水平面间的动摩擦因数为0.5.现有一个与水平方向成53°角的拉力拉着木箱沿水平方向以4m/s速度匀速前进,求:
(1)拉力F的大小是多少?
(2)拉力F撤消后木箱还能滑行多远?(已知sin53°=0.8 cos53°=0.6 取g=10m/s2)
正确答案
解:(1)分析木箱的受力情况,由于木箱匀速运动,根据平衡条件得
Fcosθ=Ff
FN=mg-Fsinθ
又Ff=μFN得
联立解得 F==50N
(2)F撤消后物体做匀减速运动,根据动能定理得
-μmgs=0-
得,s==1.6m
答:(1)拉力F的大小是50N.
(2)拉力F撤消后木箱还能滑行是1.6m.
解析
解:(1)分析木箱的受力情况,由于木箱匀速运动,根据平衡条件得
Fcosθ=Ff
FN=mg-Fsinθ
又Ff=μFN得
联立解得 F==50N
(2)F撤消后物体做匀减速运动,根据动能定理得
-μmgs=0-
得,s==1.6m
答:(1)拉力F的大小是50N.
(2)拉力F撤消后木箱还能滑行是1.6m.
如图所示,A.B是两根竖直立在地上的相距为4m的木杆,长度为5m的轻绳的两端分别系在两杆上不等高的P.Q两点,C为一质量不计的光滑滑轮,轮下挂一重为12N的物体,平衡时轻绳上的张力有多大?
正确答案
解:因挂钩光滑,挂钩C两侧的细绳属于同一根绳.绳中张力处处相等,假设均为T.如图所示:
当物体平衡时,根据共点力平衡条件,有:
F=G=12N,且两张力与竖直方向夹角相等.
延长PC,交杆上于A点,且A与Q对于过C点水平面对称,故:PA=PC+QC=5m,
由几何三角形PAB与力的矢量三角形(图中虚线部分)相似,
得:=
=
所以轻绳上的张力:
T=10N
答:平衡时轻绳上的张力为10N.
解析
解:因挂钩光滑,挂钩C两侧的细绳属于同一根绳.绳中张力处处相等,假设均为T.如图所示:
当物体平衡时,根据共点力平衡条件,有:
F=G=12N,且两张力与竖直方向夹角相等.
延长PC,交杆上于A点,且A与Q对于过C点水平面对称,故:PA=PC+QC=5m,
由几何三角形PAB与力的矢量三角形(图中虚线部分)相似,
得:=
=
所以轻绳上的张力:
T=10N
答:平衡时轻绳上的张力为10N.
(2015秋•德州期末)如图所示,球A加在竖直墙与倾角为45°的三角劈B之间,三角劈B的质量为M,劈的底部与水平地面间的动摩擦因数为μ(μ<1),劈的斜面与竖直墙面是光滑的,球A与三角劈B均处于静止状态,重力加速度为g,求:
(1)若球A质量为m,则球A对三角劈B的压力多大;
(2)若三角劈恰好静止不动,球A的质量为多大(设劈的最大静摩擦力等于滑动摩擦力)
正确答案
解:(1)A的受力如下左图所示.则根据平衡条件,有:
F1=mg
F2=mg
由牛顿第三定律可得,球A对三角劈B的压力也是mg.
(2)将A、B视作整体,受力如上右图所示.
B要保持静止,则必须满足:Ff≤Ffmax,即为:
F1≤μFN
即 mg≤μ(Mg+mg)
解得:
m≤M
答:(1)若劈始终静止不动,当球的质量为m时,球与劈间的弹力为mg;
(2)欲使劈静止不动,球的质量不能超过M.
解析
解:(1)A的受力如下左图所示.则根据平衡条件,有:
F1=mg
F2=mg
由牛顿第三定律可得,球A对三角劈B的压力也是mg.
(2)将A、B视作整体,受力如上右图所示.
B要保持静止,则必须满足:Ff≤Ffmax,即为:
F1≤μFN
即 mg≤μ(Mg+mg)
解得:
m≤M
答:(1)若劈始终静止不动,当球的质量为m时,球与劈间的弹力为mg;
(2)欲使劈静止不动,球的质量不能超过M.
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