- 用牛顿运动定律解决问题(二)
- 共11872题
表面光滑、半径为R的半球固定在水平地面上,球心O的正上方O′处有一无摩擦定滑轮,轻质细绳两端各系一个小球挂在定滑轮上,如图所示.两小球平衡时,若滑轮两侧细绳的长度分别为L1=2.4R和L2=2.5R,则这两个小球的质量之比m1:m2为(不计球的大小)( )
正确答案
解析
解:先以左侧小球为研究对象,分析受力情况:重力m1g、绳子的拉力T和半球的支持力N,作出力图.
由平衡条件得知,拉力T和支持力N的合力与重力mg大小相等、方向相反.设OO′=h,根据三角形相似得:
=
解得:
m1g=…①
同理,以右侧小球为研究对象,得:
m2g=…②
由①:②得
m1:m2=l2:l1=25:24
故选:B.
如图所示,B、C两个小球用细线悬挂于竖直墙面上的A、D两点,两球均保持静止.已知两球的重力均为G,细线AB与竖直墙面之间的夹角为30°,细线CD与竖直墙面之间的夹角为60°,则( )
正确答案
解析
解:AB、对两个小球构成的整体受力分析:
根据平衡条件:
X轴:FABsin30°=FCD sin60°
y轴:FABcos30°+FCDcos60°=2G
得:
FAB=G
FCD=G
故A错误,B正确;
CD、对C球受力分析
根据平衡条件:
X轴:FBCsinθ=FCD sin60°
y轴:FBCcosθ+FCDcos60°=G
得:
FBC=G
θ=60°
故C正确,D错误;
故选:BC
如图,重量相等的两个完全相同小球,用轻绳连接静止在粗糙水平面上.现用竖直向上的较小的力F作用在连接两球轻绳的中点,缓慢增大F,到两球刚要运动的过程中,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、把两小球看成一个整体,受力分析如图:
F+2FN=2G
由于F不断增大,故FN不断减小.故A错误B正确.
C、对结点受力分析如图:
有F=2Tsinθ即T=
对小球进行受力分析如图有
小球静止时,f=Tcosθ
在滑动之前f为静摩擦,故F增大,T增大,f增大,故C错误D正确;
故选:BD.
如图所示,导体杆ab质量为m,电阻为R,放在与水平面夹角为θ 的倾斜金属导轨上,导轨间距为d,电阻不计,系统处在竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度为B,电池内阻不计.问:
(1)导体光滑时E为多大能使导体杆静止在导轨上?
(2)若导体杆与导轨间的动摩擦因数为μ,且不通电时导体杆不能静止在导轨上,要使杆静止在导轨上,E应为多大?(最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力).
正确答案
解析
解:(1)对导体棒受力分析如图所示,由平衡条件得:
F-Nsinθ=0
Ncosθ-mg=0
而 F=BId=Bd
由以上三式解得:
E=
(2)有两种可能:一种是E偏大,I偏大,F偏大,导体杆有上滑趋势,摩擦力沿斜面向下,由平衡条件得:
Fcosθ-mgsinθ-μ(mgcosθ+Fsinθ)=0
根据安培力公式有:
F=Bd
以上两式联立解得电动势的最大值:
E1=
另一种可能是E偏小,摩擦力沿斜面向上,同理可得电动势的最小值:
E2=
综上所述电池电动势应满足 E1≤E≤E2,即 ≤E≤
;
答:(1)导体光滑时E为时能使导体杆静止在导轨上;
(2)若导体杆与导轨间的动摩擦因数为μ,且不通电时导体杆不能静止在导轨上,要使杆静止在导轨上,E范围为:≤E≤
.
重量为100N、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35N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
Fmax=F1=35N
(2)推力F2与滑动摩擦力相等时,木棒做匀速运动,所以
F2=μmg
得 μ==0.3
(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
F=30N
答:(1)木棒与桌面间的最大静摩擦力Fmax是35N;
(2)木棒与桌面间的动摩擦因数μ为0.3;
(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
Fmax=F1=35N
(2)推力F2与滑动摩擦力相等时,木棒做匀速运动,所以
F2=μmg
得 μ==0.3
(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
F=30N
答:(1)木棒与桌面间的最大静摩擦力Fmax是35N;
(2)木棒与桌面间的动摩擦因数μ为0.3;
(3)水平推力的大小F是30N.
如图所示,清洗楼房玻璃的工人常用一根绳索将自己悬在空中,工人及其装备的总重量为G,悬绳与竖直墙壁的夹角为α,悬绳对工人的拉力大小为F1,墙壁对工人的弹力大小为F2,则( )
正确答案
解析
解:A、B、分析工人受力:工人受到重力、支持力和拉力,如图所示:
根据共点力平衡条件,有:
水平方向:F1sinα=F2
竖直方向:F1cosα=G
解得:F1=,F2=Gtanα.故A错误,B正确.
C、D、当缓慢细绳与竖直方向的夹角,α变大,故F1变大,F2变大,但F1与F2的合力与重力平衡,保持不变;故C错误,D正确.
故选:BD.
如图所示,水平面上,橡皮绳一端固定,另一端连接两根弹簧,连接点P在F1、F2和F3三力作用下保持静止,下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:对P点受力分析,如图,根据共点力平衡条件有:
F1=F3cos30°=F3
F2=F3sin30°=F3
因而
F3>F1>F2
故选:B.
一物体置粗糙的固定斜面上保持静止现用水平力F推物体,如图当F由0稍许增加时,物体仍保持静止状态,则( )
正确答案
解析
解:根据静摩擦力的特点(静摩擦力大小0≤f≤fmax,方向沿接触面方向但可以变化),可知,当F=0时静摩擦力方向沿斜面向上,大小为f=mgsinα.
A、由于物体仍保持静止状态,根据平衡条件可知合力仍为零,保持不变,故A错误.
B、由受力分析图(如图)可知:斜面对物体的支持力N=mgcosα+Fsinα,N增大,故B正确.
C、根据以上分析可知,若Fcosα≤mgsinα时,静摩擦力方向沿斜面向上,由平衡条件得:f=mgsinα-Fcosα,则F增大,f减小;
若Fcosα>mgsinα时,静摩擦力方向沿斜面向下,由平衡条件得:f=Fcosα-mgsinα+,F增大,f增大;所以静摩擦力大小可能减小,也可能增加,故C错误.
D、斜面对物体的作用力是支持力和静摩擦力的合力,根据平衡条件得:
斜面对物体的作用力 F′=,F增大,F′增大,故D正确.
故选:BD.
如图所示.用钢筋弯成的支架,水平虚线MN的上端是半圆形,MN的下端笔直竖立.一不可伸长的轻绳通过动滑轮悬挂一重物G.现将轻绳的一端固定于支架上的A点,另一端从最高点B处沿支架缓慢地向C点靠近(C点与A点等高),则绳中拉力( )
正确答案
解析
解:当轻绳的右端从B点移到直杆最上端时,设两绳的夹角为2θ.以滑轮为研究对象,分析受力情况,作出力图如图1所示.根据平衡条件得:
2Fcosθ=mg
得到绳子的拉力:
F=
所以在轻绳的右端从B点移到直杆最上端时的过程中,θ增大,cosθ减小,则F变大.
当轻绳的右端从直杆最上端移到C点时,设两绳的夹角为2α.
设绳子总长为L,两直杆间的距离为S,由数学知识得到
sinα=,L、S不变,则α保持不变.
再根据平衡条件可知,两绳的拉力F保持不变.
所以绳中拉力大小变化的情况是先变大后不变.
故选:A.
如图所示,光滑的直角细杆AOB固定在竖直平面内,OA杆水平,OB杆竖直.有两个质量相等均为0.3kg的小球a与b分别穿在OA、OB杆上,两球用一轻绳连接,轻绳长L=25cm.两球在水平拉力F作用下目前处于静止状态,绳与OB杆的夹角θ=53°(sin37°=0.6,cos37°=0.8,sin53°=0.8,cos53°=0.6),此时细绳对小球b的拉力为______N,水平拉力F=______N.
正确答案
5
4
解析
解:(1)以小球b为研究对象,设绳子拉力为T,由小球b受力平衡得:
Tcos53°=mbg
则得:T==
N=5N
对小球a和小球b整体考虑,拉力F等于OB杆对b球的弹力,得:
F=mbgtan53°=0.3×10×N=4N;
故答案为:5,4.
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