• 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,在质量为1kg的重物上系着一条长30cm的细绳,细绳的另一端连着套在水平棒上可以滑动的圆环,环与棒间的动摩擦因数为0.75,另有一条细绳,其一端跨过定滑轮,定滑轮固定在距离圆环0.5m的地方.当细绳的端点挂上重物G,而圆环将要滑动时,试问:

(1)长为30cm的细绳的张力是多少?

(2)圆环将要开始滑动时,重物G的质量是多少?

(3)角φ多大?(环的重力忽略不计)

正确答案

解:对环,如图1所示:由平衡条件Fx=0,Fy=0,建立方程有:

   μFN-FTcosθ=0,

    FN-FTsinθ=0.

所以tanθ==,θ=arctan=arctan=53°

因AB=50cm,AO=30cm,根据数学知识得AOB是直角三角形,φ=90°.

(1)以物体O为研究对象,分析受力如图2所示,选取坐标系,根据平衡条件有:

 Gcosθ+FTsinθ-mg=0

 FTcosθ-Gsinθ=0.

即 FT=8N.

(2)以物体O为研究对象,环将要滑动时,得:

mGgsinθ=FTcosθ,解得mG=0.6kg.

(3)前已证明φ为直角,故φ=90°.

答:

(1)长为30cm的细绳的张力是8N.

(2)圆环将要开始滑动时,重物G的质量是0.6kg.

(3)角φ=90°

解析

解:对环,如图1所示:由平衡条件Fx=0,Fy=0,建立方程有:

   μFN-FTcosθ=0,

    FN-FTsinθ=0.

所以tanθ==,θ=arctan=arctan=53°

因AB=50cm,AO=30cm,根据数学知识得AOB是直角三角形,φ=90°.

(1)以物体O为研究对象,分析受力如图2所示,选取坐标系,根据平衡条件有:

 Gcosθ+FTsinθ-mg=0

 FTcosθ-Gsinθ=0.

即 FT=8N.

(2)以物体O为研究对象,环将要滑动时,得:

mGgsinθ=FTcosθ,解得mG=0.6kg.

(3)前已证明φ为直角,故φ=90°.

答:

(1)长为30cm的细绳的张力是8N.

(2)圆环将要开始滑动时,重物G的质量是0.6kg.

(3)角φ=90°

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题型:简答题
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简答题

如图所示,A、B两物体叠放在水平地面上,已知A、B的质量分别为mA=10kg,mB=20kg,A、B之间,B与地面之间的动摩擦因数均为μ=0.5.一轻绳一端系住物体A,另一端系于墙上,绳与竖直方向的夹角为37°,今欲用外力将物体B匀速向右拉出,求所加水平力F的大小,并画出A、B的受力分析图.(取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos 37°=0.8)

正确答案

解:A、B的受力分析如下图所示.    

对A:由平衡条件得

   FTsin 37°=Ff1=μFN1 …①

   FTcos 37°+FN1=mAg…②

联立①、②两式可得:

FN1==60N 

Ff1=μFN1=30N                                  

对B用平衡条件:

  F=F′f1+Ff2=F′f1+μFN2=Ff1+μ(FN1+mBg)

=2Ff1+μmBg=160N

答:所加水平力F的大小为160N,A、B的受力分析图如图.

解析

解:A、B的受力分析如下图所示.    

对A:由平衡条件得

   FTsin 37°=Ff1=μFN1 …①

   FTcos 37°+FN1=mAg…②

联立①、②两式可得:

FN1==60N 

Ff1=μFN1=30N                                  

对B用平衡条件:

  F=F′f1+Ff2=F′f1+μFN2=Ff1+μ(FN1+mBg)

=2Ff1+μmBg=160N

答:所加水平力F的大小为160N,A、B的受力分析图如图.

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题型:简答题
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简答题

如图所示,质量为50kg的人通过跨过定滑轮的轻绳牵引质量为20kg的物体,当绳与水平面成60°角时,物体处于静止状态.不计滑轮与绳的摩擦,求地面对人的支持力和摩擦力大小.

正确答案

解:人和重物静止,对物体进行分析得到,绳的拉力F等于物重200N;人受到四个力的作用,如图所示.

将绳的拉力F分解得:

水平方向:Fx=Fcos60°=200×=100N

竖直方向:Fy=Fsin60°=200×=100N

根据平衡条件得

在x轴上,f=Fx=100N

在y轴上:N=G-Fy=500N-100N=327N

答:地面对人的支持力是327N,摩擦力是100N.

解析

解:人和重物静止,对物体进行分析得到,绳的拉力F等于物重200N;人受到四个力的作用,如图所示.

将绳的拉力F分解得:

水平方向:Fx=Fcos60°=200×=100N

竖直方向:Fy=Fsin60°=200×=100N

根据平衡条件得

在x轴上,f=Fx=100N

在y轴上:N=G-Fy=500N-100N=327N

答:地面对人的支持力是327N,摩擦力是100N.

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题型: 单选题
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单选题

如图,在悬点O处用质量不计、不可伸长的细线拉着小球,使它静止在半径一定的光滑半圆柱面上.用水平力向左推半圆柱使小球沿半圆柱面缓慢移动一小段距离.在此过程中(  )

A小球对圆柱面的压力增大,小球对细线的拉力减小

B小球对圆柱面的压力减小,小球对细线的拉力减小

C小球对圆柱面的压力减小,小球对细线的拉力增大

D小球对圆柱面的压力不变,小球对细线的拉力增大

正确答案

A

解析

解:以小球为研究对象,分析受力情况:重力G、柱体的支持力N和绳的拉力T,如图所示.

根据平衡条件可知,N、T的合力F与G大小相等、方向相反,作出N和T的合力F如图所示.

设支持力N和拉力F:由三角形相似得:

得:

当向左推半圆柱使小球沿半圆柱面缓慢移动一小段距离时,受力如图2,

△AO′C∽△N′AG′.得:

得:

.所以小球对圆柱面的压力增大,小球对细线的拉力减小.

故选:A

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题型:简答题
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简答题

如图所示,质量M为10kg,半径为R为4m,圆心为O的半球形物体A 放在水平地面上,通过最高点处的钉子用水平细线拉住一质量m为1kg,半径r为1m的光滑球B,A、B始终保持静止.试求:A半球对地面的压力和A半球对B球的支持力.(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)

正确答案

解:对整体分析,支持力等于整体的重力,即:N=(M+m)g.

则A球对地面的压力为:N′=(M+m)g=(10+1)×10=110N.

对小球受力分析,如图所示:

根据平衡条件,有:

F=

cosθ=

则F===12.5N

答:A球对地面的压力为110N,A球对B球的支持力大小为12.5N.

解析

解:对整体分析,支持力等于整体的重力,即:N=(M+m)g.

则A球对地面的压力为:N′=(M+m)g=(10+1)×10=110N.

对小球受力分析,如图所示:

根据平衡条件,有:

F=

cosθ=

则F===12.5N

答:A球对地面的压力为110N,A球对B球的支持力大小为12.5N.

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题型: 单选题
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单选题

如图所示,用完全相同的轻弹簧A、B、C将两个相同的小球连接并悬挂,小球处于静止状态,弹簧A与竖直方向的夹角为30°,弹簧C水平,则弹簧A、C的伸长量之比为(  )

A:4

B4:

C1:2

D2:1

正确答案

D

解析

解:将两球和弹簧B看成一个整体,整体受到总重力G、弹簧A和C的拉力,如图,设弹簧A、C的拉力分别为F1和F2.由平衡条件得知,F2和G的合力与F1大小相等、方向相反

  则得:F2=F1sin30°=0.5F1

根据胡克定律得:F=kx,k相同,则  弹簧A、C的伸长量之比等于两弹簧拉力之比,即有xA:xC=F1:F2=2:1

故选:D.

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题型:简答题
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简答题

某货物中转站天车可在水平滑道滑动,简易图如题7图所示,天车A与下挂货物B用一根不可伸长的轻绳相连.现用大小为104 N、与水平方向成30°角的力F拉B,使A、B一起向右匀速运动,运动过程中A、B保持相对静止.已知A、B的质量分别为2×103kg、1×103kg,重力加速度为10m/s2,问:

(1)轻绳与水平方向的夹角θ;

(2)天车A与水平滑道之间的动摩擦因数.

正确答案

解:(1)隔离物体B,设轻绳拉力为T,由正交分解法和平衡条件,

在水平方向上:Tcosθ=Fcos30°…①

在竖直方向上:Tsinθ=mBg-Fsin30°…②

由①②式得:θ=30°     

(2)以A、B整体为研究对象,由平衡条件,

在水平方向上f=Fcos30°…③

在竖直方向上FN=(mA+mB)g-Fsin30°…④

且f=μFN…⑤

由③④⑤得:μ=          

答:(1)轻绳与水平方向的夹角θ为30°.

(2)天车A与水平滑道之间的动摩擦因数为

解析

解:(1)隔离物体B,设轻绳拉力为T,由正交分解法和平衡条件,

在水平方向上:Tcosθ=Fcos30°…①

在竖直方向上:Tsinθ=mBg-Fsin30°…②

由①②式得:θ=30°     

(2)以A、B整体为研究对象,由平衡条件,

在水平方向上f=Fcos30°…③

在竖直方向上FN=(mA+mB)g-Fsin30°…④

且f=μFN…⑤

由③④⑤得:μ=          

答:(1)轻绳与水平方向的夹角θ为30°.

(2)天车A与水平滑道之间的动摩擦因数为

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题型: 单选题
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单选题

如图所示,质量为m的小球用细绳悬挂在天花板上,现在竖直平面内给小球加一大小不变、方向可改变的力F=mg,欲使小球重新保持平衡,则细绳与竖直方向的夹角最大为(  )

A30°

B45°

C60°

D15°

正确答案

A

解析

解:对小球受力分析,受重力、细线拉力T和已知拉力F,根据平衡条件,三个力可以构成首尾相连的矢量三角形,其中重力不变,拉力F的大小不变,如图所示:

当拉力F与细线的拉力T垂直时,细绳与竖直方向的夹角最大,有:

sinθ=

故θ=30°

故选:A

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题型: 单选题
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单选题

如图所示,在倾角为α的光滑斜面上,要使垂直纸面放置一根长为L、质量为m的通电直导体处于静止状态.则应加以匀强磁场B的方向可能是(  )

A平行斜面向上

B平行斜面向下

C垂直斜面向下

D垂直斜面向上

正确答案

C

解析

解:A、B根据共点力的平衡,安培力不可能垂直斜面方向,故A、B错误;

C、外加匀强磁场的磁感应强度B的方向垂直斜面向下,则沿斜面向上的安培力、支持力与重力,处于平衡状态,则大小B═mg;故C正确;

D、外加匀强磁场的磁感应强度B的方向垂直斜面向上,则安培力方向沿斜面向下,导体不可能平衡,故D错误;

故选:C

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题型:简答题
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简答题

如图所示,竖直墙上A点用AB细线悬挂一个光滑小球,小球质量为m=2kg,C为球与竖直墙的接触点,BAC角度为θ=30°,重力加速度g=10N/kg求:

(1)在图中画出球的受力图;

(2)求AB绳和墙对球的作用力分别为多大?

(3)如果增大悬线AB的长度(球仍保持静止),AB绳和墙球的作用力大小将怎样变化?

正确答案

解:(1)对小球受力分析,受到重力G、绳子的拉力F2以及墙壁的支持力F1,如图所示:

(2)绳子与竖直方向夹角为30°,根据平衡条件得:

F2cos30°=mg

解得:

墙对球的支持力

(3)当增大悬线AB的长度(球仍保持静止),即θ变小,则sinθ变小,cosθ变大,由第(2)问公式可得F1和F2都变小.

答:(1)球的受力图如图所示;

(2)AB绳和墙对球的作用力分别为

(3)如果增大悬线AB的长度(球仍保持静止),AB绳和墙球的作用力大小都减小.

解析

解:(1)对小球受力分析,受到重力G、绳子的拉力F2以及墙壁的支持力F1,如图所示:

(2)绳子与竖直方向夹角为30°,根据平衡条件得:

F2cos30°=mg

解得:

墙对球的支持力

(3)当增大悬线AB的长度(球仍保持静止),即θ变小,则sinθ变小,cosθ变大,由第(2)问公式可得F1和F2都变小.

答:(1)球的受力图如图所示;

(2)AB绳和墙对球的作用力分别为

(3)如果增大悬线AB的长度(球仍保持静止),AB绳和墙球的作用力大小都减小.

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