- 用牛顿运动定律解决问题(二)
- 共11872题
如图所示,重力为500N的人通过跨过定滑轮的轻绳牵引重200N的物体,当绳与水平方向成60°角时,物体静止.若不计滑轮与绳的摩擦,求:
地面对人的支持力和摩擦力的大小?(=1.73)
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°=200×0.5N=100N
竖直方向:Fy=Fsin60°=200×N=100
N
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°=200×0.5N=100N
竖直方向:Fy=Fsin60°=200×N=100
N
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.
(2015秋•江西校级期末)如图所示,尖劈A一面靠在竖直墙壁上,另一面和光滑棱柱B接触,B可沿光滑水平面C滑动,已知尖劈A和棱柱B的质量相同,尖劈A的一个角为α(如图),求:A和B的加速度的大小.(重力加速度用g表示)
正确答案
解:由几何关系得:
设AB之间的相互作用力大小为F,设质量都为m,
由牛顿第二定律得
Fsinα=maB,
mg-Fcosα=maA,
解得,
.
答:A和B的加速度的大小分别为、
.
解析
解:由几何关系得:
设AB之间的相互作用力大小为F,设质量都为m,
由牛顿第二定律得
Fsinα=maB,
mg-Fcosα=maA,
解得,
.
答:A和B的加速度的大小分别为、
.
如图所示,三块质量均为m的长方体物体被夹在两竖直木板之间保持静止.图中物体A受到物体B的摩擦力大小为______,方向为______.
正确答案
竖直向下
解析
解:对B受力分析如图:
A对B的摩擦力和C对B的摩擦力相等,由平衡条件:
2f=mg,所以:f=
由牛顿第三定律:
B对A的摩擦力大小为:,方向竖直向下
故答案为:,方向竖直向下
一个底面粗糙、质量为m的劈放在水平地面上,劈的斜面光滑且倾角为30°,如图所示,现用一端固定的轻绳系住一质量也为m的小球,绳与斜面夹角为30°,劈和小球均处于静止状态,重力加速度g,求:
(1)绳子对小球的拉力T的大小;
(2)地面对劈的静摩擦力f和支持力N.
正确答案
解:(1)对小球,受重力mg、斜面的支持力N和绳子的拉力T作用,
其受力示意图如左图所示.
根据共点力平衡条件得:
在水平方向上有:Tcos60°=Nsin60°
在竖直方向上有:Tsin60°+Ncos60°=mg
联立以上两式解得:T=mg;
(2)对整体受重力2mg、地面的支持力FN、静摩擦力Ff和绳的拉力T作用.如右图所示,建立图示直角坐标系.
根据共点力平衡条件得:
在水平方向上有:Tcos60°=Ff;
在竖直方向上有:Tsin60°+FN=2mg
联立以上两式解得:FN=mg,方向竖直向上;Ff=
mg,方向水平向左.
答:
(1)绳子对小球的拉力T的大小为mg;
(2)地面对劈的静摩擦力大小为mg,方向水平向左.支持力N为
mg,方向竖直向上.
解析
解:(1)对小球,受重力mg、斜面的支持力N和绳子的拉力T作用,
其受力示意图如左图所示.
根据共点力平衡条件得:
在水平方向上有:Tcos60°=Nsin60°
在竖直方向上有:Tsin60°+Ncos60°=mg
联立以上两式解得:T=mg;
(2)对整体受重力2mg、地面的支持力FN、静摩擦力Ff和绳的拉力T作用.如右图所示,建立图示直角坐标系.
根据共点力平衡条件得:
在水平方向上有:Tcos60°=Ff;
在竖直方向上有:Tsin60°+FN=2mg
联立以上两式解得:FN=mg,方向竖直向上;Ff=
mg,方向水平向左.
答:
(1)绳子对小球的拉力T的大小为mg;
(2)地面对劈的静摩擦力大小为mg,方向水平向左.支持力N为
mg,方向竖直向上.
同学们都经历过擦黑板,手拿黑板擦在竖直的黑板上,或上下或左右使黑板擦在黑板上运动,利用黑板擦与黑板之间的滑动摩擦力,将黑板上的粉笔字擦干净,已知黑板的规格是:4.5m×1.5m2,黑板的下边沿离地的高度为0.8m,若小黑板擦(可视为质点)的质量为0.1kg,现假定某同学用力将黑板擦在黑板表面匀速竖直向上擦黑板,当手臂对小黑板擦的作用力F与黑板面成θ=53°时,F=5N,他所能擦到的离地最大高度为2.05m,(g取10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6)求:
(1)此小黑板擦与黑板之间的滑动摩擦系数;
(2)如该同学擦到最高位置时意外让小黑板擦沿黑板面竖直向下滑落,则小黑板擦砸到黑板下边沿的速度大小.
正确答案
解:(1)黑板擦向上缓慢运动,根据受力分析得:
垂直于黑板方向有:Fsinθ-N=0,
沿黑板方向有:Fcosθ-mg-f=0,
由f=μN得:μ=0.5
(2)黑板擦脱手后沿黑板面竖直向下滑落过程中与黑板之间无摩擦,做自由落体运动,下落的高度为:
h=2.05m-0.8m=1.25m
由v=得:v=5m/s
答:(1)黑板擦与黑板间的摩擦因数为0.5;
(2)黑板擦砸到黑板下边沿前瞬间的速度v的大小为5m/s
解析
解:(1)黑板擦向上缓慢运动,根据受力分析得:
垂直于黑板方向有:Fsinθ-N=0,
沿黑板方向有:Fcosθ-mg-f=0,
由f=μN得:μ=0.5
(2)黑板擦脱手后沿黑板面竖直向下滑落过程中与黑板之间无摩擦,做自由落体运动,下落的高度为:
h=2.05m-0.8m=1.25m
由v=得:v=5m/s
答:(1)黑板擦与黑板间的摩擦因数为0.5;
(2)黑板擦砸到黑板下边沿前瞬间的速度v的大小为5m/s
如图所示,轻杆AC、AD长均为2m,轻杆AB长为3m,A端由活络头铰在一起,B、C、D均支于水平地面上,AB⊥AC,AB⊥AD,∠CAD=60°,在A端铰链上挂一重为G的物体,则AB杆所受压力的大小为______,AC杆所受压力的大小为______.
正确答案
解:设CD的中点为E.则AE=ACcos30°=m.
设AB杆与水平面的夹角为α,如图1,由数学知识得:tanα==
得,α=30°
以A点为研究对象,设AD、AC两杆对A点的作用力的合力为F,分析A点的受力如图2所示,由平衡条件得A与AB杆作用力的合力与重力G等值、反向,则由几何知识有:
F=Gcos30°=
FAB=Gsin30°=G
设AC杆对A点的作用大小为FAC.由于AC=AD,由力的分解法得:
2FACcos30°=F
解得,FAC=G
故由牛顿第三定律得知:AC杆所受压力的大小为G.
故答案为:G,
G
解析
解:设CD的中点为E.则AE=ACcos30°=m.
设AB杆与水平面的夹角为α,如图1,由数学知识得:tanα==
得,α=30°
以A点为研究对象,设AD、AC两杆对A点的作用力的合力为F,分析A点的受力如图2所示,由平衡条件得A与AB杆作用力的合力与重力G等值、反向,则由几何知识有:
F=Gcos30°=
FAB=Gsin30°=G
设AC杆对A点的作用大小为FAC.由于AC=AD,由力的分解法得:
2FACcos30°=F
解得,FAC=G
故由牛顿第三定律得知:AC杆所受压力的大小为G.
故答案为:G,
G
如图所示,总质量为460kg的热气球,从地面刚开始竖直上升时的加速度为0.5m/s2,当热气球上升到175m时,以10m/s的速度向上匀速运动,同时有一颗质量为0.01kg的小铆钉从热气球上脱离掉落,小铆钉脱离时相对热气球静止.若离开地面后热气球所受浮力保持不变,上升过程中热气球总质量不变,重力加速度g=10m/s2.求:
(1)热气球所受浮力大小;
(2)匀速上升时热气球所受的空气阻力;
(3)小铆钉落地时热气球离地的高度.
正确答案
解:(1)匀加速上升阶段,热气球受重力和浮力,根据牛顿第二定律,有:
F-mg=ma
解得:
F=m(g+a)=460×(10+0.5)=4830N
(2)匀速上升时热气球受重力、浮力和空气的阻力,根据共点力平衡条件,有:
F-f-mg=0
解得:
f=F-mg=4830-460×10=230N
(3)小铆钉做竖直上抛运动,以向上为正方向,根位移时间关系公式,有:
-h=
-175=10t-5t2
解得:
t=7s(负值舍去)
气球的高度为:
H=h+v0t=175+10×7=245m
答:(1)热气球所受浮力大小为4830N;
(2)匀速上升时热气球所受的空气阻力为230N;
(3)小铆钉落地时热气球离地的高度为245m.
解析
解:(1)匀加速上升阶段,热气球受重力和浮力,根据牛顿第二定律,有:
F-mg=ma
解得:
F=m(g+a)=460×(10+0.5)=4830N
(2)匀速上升时热气球受重力、浮力和空气的阻力,根据共点力平衡条件,有:
F-f-mg=0
解得:
f=F-mg=4830-460×10=230N
(3)小铆钉做竖直上抛运动,以向上为正方向,根位移时间关系公式,有:
-h=
-175=10t-5t2
解得:
t=7s(负值舍去)
气球的高度为:
H=h+v0t=175+10×7=245m
答:(1)热气球所受浮力大小为4830N;
(2)匀速上升时热气球所受的空气阻力为230N;
(3)小铆钉落地时热气球离地的高度为245m.
(2015秋•陕西校级月考)如图所示,球A重G1=60N,斜面体B重G2=100N,斜面倾角为30°,一切摩擦均不计.
(1)水平力F为多大时,才能使A、B均处于静止状态?
(2)此时竖直墙壁和水平地面受到的弹力各为多大?
正确答案
解:对物体A受力分析,受重力、斜面的支持力和竖直挡板的支持力,如图所示:
根据平衡条件,有:
F1=G1tan30°=60×=20
N
F2=
再对AB整体受力分析,受重力、地面的支持力N,已知的推力F,墙壁向右的支持力F1,根据平衡条件,有:
F=F1=20N
N=G1+G2=60+100=160N
根据牛顿第三定律,墙壁受到的压力为20N,地面受到的压力为160N;
答:(1)水平力F为20N时,才能使A、B均处于静止状态;
(2)此时墙壁受到的压力为20N,地面受到的压力为160N.
解析
解:对物体A受力分析,受重力、斜面的支持力和竖直挡板的支持力,如图所示:
根据平衡条件,有:
F1=G1tan30°=60×=20
N
F2=
再对AB整体受力分析,受重力、地面的支持力N,已知的推力F,墙壁向右的支持力F1,根据平衡条件,有:
F=F1=20N
N=G1+G2=60+100=160N
根据牛顿第三定律,墙壁受到的压力为20N,地面受到的压力为160N;
答:(1)水平力F为20N时,才能使A、B均处于静止状态;
(2)此时墙壁受到的压力为20N,地面受到的压力为160N.
如图所示,两个截面半径均为r、质量均为m的半圆柱体A、B放在粗糙水平面上,A、B截面圆心间的距离为L.在A、B上放一个截面半径为r、质量为2m的光滑圆柱体C,A、B、C始终都处于静止状态,则( )
正确答案
解析
解:A、以三个物体组成的整体为研究对象,受到总重力和地面对A和B支持力,两个支持力大小相等,则由平衡条件得知:地面对B的支持力为2mg,则由牛顿第三定律得知B对地面的压力大小也为2mg;故A错误.
B、地面对A有支持力和摩擦力两个力作用,地面对A的作用力是它们的合力;A受到重力mg、地面的支持力N1、摩擦力f、C球的压力N2.如图所示根据平衡条件知:地面的支持力N1和摩擦力f的合力与力mg和压力N2的合力等值、反向,C球对A的压力N2方向沿AC方向,则力mg和压力N2的合力一定不沿AC方向,故地面对A的作用力不沿AC方向.故B错误.
C、以C为研究对象,分析受力情况,如图,由平衡条件有:
2N2′cosθ=mg
得 N2′=,L越小,θ越小,则得A对C间的弹力N2′越小.故C正确.
D、以A为研究对象,根据平衡条件得知:地面对A的摩擦力f=N2sinα,而C对A的压力N2=N2′,则l越小,α越小,f越小.故D错误.
故选:C.
一个质量m=2kg的滑块在倾角为θ=37°的固定斜面上,受到一个大小为40N的水平推力F作用,以v0=10m/s的速度沿斜面匀速上滑.(sin37°=0.6,取g=10m/s2)
(1)求滑块与斜面间的动摩擦因数;
(2)若滑块运动到A点时立即撤去推力F,求这以后滑块再返回A点经过的时间.
正确答案
解:(1)滑块在水平推力作用下沿斜面向上匀速运动时,合力为零,则有
Fcos37°=mgsin37°+μ(mgcos37°+Fsin37°)
代入解得,μ=0.5
(2)撤去F后,滑块上滑过程:
根据牛顿第二定律得:mgsin37°+μmgcos37°=ma1,
得,a1=g(sin37°+μcos37°)
上滑的时间为 t1==1s
上滑的位移为 x==5m
滑块下滑过程:mgsin37°-μmgcos37°=ma2,
得,a2=g(sin37°-μcos37°)
由于下滑与上滑的位移大小相等,则有
x=
解得,=
s
故 t=t1+t2=(1+)s
答:
(1)滑块与斜面间的动摩擦因数是0.5;
(2)若滑块运动到A点时立即撤去推力F,这以后滑块再返回A点经过的时间是(1+)s.
解析
解:(1)滑块在水平推力作用下沿斜面向上匀速运动时,合力为零,则有
Fcos37°=mgsin37°+μ(mgcos37°+Fsin37°)
代入解得,μ=0.5
(2)撤去F后,滑块上滑过程:
根据牛顿第二定律得:mgsin37°+μmgcos37°=ma1,
得,a1=g(sin37°+μcos37°)
上滑的时间为 t1==1s
上滑的位移为 x==5m
滑块下滑过程:mgsin37°-μmgcos37°=ma2,
得,a2=g(sin37°-μcos37°)
由于下滑与上滑的位移大小相等,则有
x=
解得,=
s
故 t=t1+t2=(1+)s
答:
(1)滑块与斜面间的动摩擦因数是0.5;
(2)若滑块运动到A点时立即撤去推力F,这以后滑块再返回A点经过的时间是(1+)s.
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