- 用牛顿运动定律解决问题(二)
- 共11872题
如图所示,将一劲度系数为k的轻弹簧一端固定在内壁光滑、半径为R的半球形容器底部O′处(O为球心),弹簧另一端与质量为m的小球相连,小球静止于P点.已知容器与水平面间的动摩擦因数为μ,OP与水平方向间的夹角为θ=30°.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、对容器和小球整体,受重力和支持力,水平方向不受静摩擦力,否则不能平衡,故A错误;
BC、对小球受力分析,如图所示,由θ=30°得小球受到容器的支持力和弹簧对小球的弹力大小均为mg,故B错误,C正确;
D、图中弹簧长度为R,压缩量为,故原长为R+
,故D错误;
故选:C
如图所示,AO是具有一定质量的均匀细杆,可绕O轴在竖直平面内自由转动
.细杆上的P点与放在水平桌面上的圆柱体接触,圆柱体靠在竖直的档板上而保持平衡.已知杆的倾角θ=60°,球的重力大小为G,竖直档板对球的压力大小为,各处的摩擦都不计,试回答下列问题:
(1)作出圆柱体的受力分析图
(2)通过计算求出圆柱体对均匀细杆AO的作用力的大小和水平地面对圆柱体作用力的大小.
正确答案
解:(1)圆柱体受到重力、挡板的弹力、杆的压力和地面的支持力,作出受力分析图,如图.
(2)竖直档板对球的压力大小N2=,根据平衡条件得
N3sinθ=N2,解得,N3=4G
由牛顿第三定律求解圆柱体对均匀细杆AO的作用力的大小为N3′=N3=4G.
由竖直方向平衡得,N1=G+N3cosθ=3G
答:(1)作出圆柱体的受力分析图如图.
(2)圆柱体对均匀细杆AO的作用力的大小是4G,水平地面对圆柱体作用力的大小是3G.
解析
解:(1)圆柱体受到重力、挡板的弹力、杆的压力和地面的支持力,作出受力分析图,如图.
(2)竖直档板对球的压力大小N2=,根据平衡条件得
N3sinθ=N2,解得,N3=4G
由牛顿第三定律求解圆柱体对均匀细杆AO的作用力的大小为N3′=N3=4G.
由竖直方向平衡得,N1=G+N3cosθ=3G
答:(1)作出圆柱体的受力分析图如图.
(2)圆柱体对均匀细杆AO的作用力的大小是4G,水平地面对圆柱体作用力的大小是3G.
(2015秋•遂宁期末)如图所示,某同学拉动一个质量m=19.0kg的箱子在水平地面上以速度v=0.5m/s匀速前进,已知箱子与地面间的动摩擦因数μ=0.2,拉力F与水平地面的夹角为α=30°.(空气阻力忽略不计,取g=10m/s2,
=1.7)求:
(1)10s内人前进的路程s;
(2)拉力F的大小.
正确答案
解:(1)10s内人前进的路程:s=vt=0.5×10m=5m
(2)对箱子受力分析,如图:
根据平衡条件,有
x方向:Fcos30°-f=0
y方向:N+Fsin30°-mg=0
其中:f=μN
联立解得:
F==
=40N
答:(1)10s内人前进的路程s为5m;
(2)拉力F的大小为40N.
解析
解:(1)10s内人前进的路程:s=vt=0.5×10m=5m
(2)对箱子受力分析,如图:
根据平衡条件,有
x方向:Fcos30°-f=0
y方向:N+Fsin30°-mg=0
其中:f=μN
联立解得:
F==
=40N
答:(1)10s内人前进的路程s为5m;
(2)拉力F的大小为40N.
如图装置中,绳子与滑轮的质量不计,摩擦不计,两个物体的质量分别为m1和m2,动滑轮两边的绳子与竖直方向的夹角分别为θ1和θ2,装置处于静止状态,则( )
正确答案
解析
解:对m2分析可知,m2受拉力及本身的重力平衡,故绳子的拉力等于m2g;
对于滑轮分析,由于滑轮跨在绳子上,故两端绳子的拉力相等,它们的合力一定在角平分线上;由于它们的合力与m1的重力大小相等,方向相反,故合力竖直向上,故两边的绳子与竖直方向的夹角θ1和θ2相等;故D正确;
由以上可知,两端绳子的拉力等于m2g,而它们的合力等于m1g,因互成角度的两分力与合力组成三角形,故可知:2m2g>m1g,故有:m2>m1,故B正确C错误,
m2可以小于m1,故A正确;
故选:ABD.
(2015秋•宜春月考)如图所示,粗糙斜面abcd上放置一薄板P,早薄板上有一光滑小球Q,Q通过一根细线跨过一光滑定滑轮(不计重力)与物块R相连,滑轮用一轻杆固定,整个装置静止.斜面倾角θ=30°,连接Q的细线与斜面平行且与底边垂直.设物块R的质量为m,薄板P的质量为2m,薄板与斜面间的动摩擦因数μ=
,薄板与斜面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g.求:
(1)滑轮对轻杆的作用力;
(2)现用沿斜面向下的拉力F拉薄板P使其运动,求F的最小值.
正确答案
解:(1)由题意得,绳上的拉力F0=mg,
以滑轮为研究对象,受力分析,如图所示,
轻杆对滑轮的作用力
由牛顿第三定律得滑轮对轻杆的作用力,方向与竖直方向成30°,
(2)设小球的质量为m0,以小球为研究对象有:
m0gsin30°=mg,
m0gcos30°=N,
解得:m0=2m
用沿斜面向下的拉力F拉薄板P使其开始运动,薄板的最大静摩擦力fm=μ(m0+2m)gcos30°,
则 F+2mgsin30°=fm
联立解得:F=2mg
答:(1)滑轮对轻杆的作用力大小为,方向与竖直方向成30°;
(2)现用沿斜面向下的拉力F拉薄板P使其运动,F的最小值为2mg.
解析
解:(1)由题意得,绳上的拉力F0=mg,
以滑轮为研究对象,受力分析,如图所示,
轻杆对滑轮的作用力
由牛顿第三定律得滑轮对轻杆的作用力,方向与竖直方向成30°,
(2)设小球的质量为m0,以小球为研究对象有:
m0gsin30°=mg,
m0gcos30°=N,
解得:m0=2m
用沿斜面向下的拉力F拉薄板P使其开始运动,薄板的最大静摩擦力fm=μ(m0+2m)gcos30°,
则 F+2mgsin30°=fm
联立解得:F=2mg
答:(1)滑轮对轻杆的作用力大小为,方向与竖直方向成30°;
(2)现用沿斜面向下的拉力F拉薄板P使其运动,F的最小值为2mg.
图是一种碰撞装置的俯视图,其左边Q是一个接收器,它的下端装有光滑轨道(图中未画出),左端与固定在墙壁上的轻质弹簧相连;右边P是一固定的发射器,它可根据需要瞄准接收器的接收口,将质量m=0.10kg的珠子以v1=50m/s的速度沿水平方向射入接收器.已知接收器的质量M=0.40kg,弹簧处于自然长度时,接收器右边缘与直线MN对齐.若接收器右边缘停止在MN线上或向右运动到达MN线时,都有一粒珠子打入接收器,并在极短时间内与接收器具有相同的速度.
(1)求第一粒珠子打入接收器之后,弹簧被压缩至最短的过程中(在弹簧的弹性限度内),当弹簧的弹性势能达到其能达到最大值的一半时接收器的速度大小;
(2)试分析当第n粒珠子射入接收器中刚与接收器相对静止时,接收器速度的大小;
(3)已知与接收器相连接弹簧的劲度系数k=400N/m,发射器左端与MN线的水平距离s=0.25m,求发射器至少应发射几粒珠子后停止发射,方能使接收器沿直线往复运动而不会碰到发射器.(注:轻质弹簧的弹性势能可按进行计算,其中k为弹簧的劲度系数,x为弹簧的形变量.)
正确答案
解:(1)设第一粒珠子打入接收器内刚与接收器相对静止时,接收器速度的大小为v1,
根据动量守恒定律 mv0=(M+m)v1①
弹簧的最大弹性势能Epm=(M+m)
②
设接收器运动中弹簧弹性势能等于最大值一半时,接收器的速度为vx ,
由机械能守恒定律 ③
联立①②③,解得
(2)第1粒珠子打入接收器相对静止时,接收器速度
设第2粒珠子打入接收器相对静止时,接收器速度为v2,
同理 mv0-(M+m)v1=(M+2m)v2,解得 v2=0
设第3粒珠子打入接收器相对静止时,接收器速度为v3,
同理 mv0=(M+3m)v3,解得
设第4粒珠子打入接收器相对静止时,接收器速度为v4,
同理 mv0-(M+3m)v3=(M+4m)v4,解得v4=0
可见,当第奇数个珠子打入接收器相对静止时,接收器的速度
其中n=1,3,5
当第偶数个珠子打入接收器相对静止时,接收器的速度 v偶=0
(3)若接收器往复运动过程中不碰到发射器,则接收器最大位移x≤s
根据能量守恒定律
代入数据解得n≥6
要使接收器在停止射击后能往复运动,则发射的珠子数n必为奇数,所以至少应发射7粒珠子后停止发射,使接收器沿直线往复运动而不碰到发射器.
解析
解:(1)设第一粒珠子打入接收器内刚与接收器相对静止时,接收器速度的大小为v1,
根据动量守恒定律 mv0=(M+m)v1①
弹簧的最大弹性势能Epm=(M+m)
②
设接收器运动中弹簧弹性势能等于最大值一半时,接收器的速度为vx ,
由机械能守恒定律 ③
联立①②③,解得
(2)第1粒珠子打入接收器相对静止时,接收器速度
设第2粒珠子打入接收器相对静止时,接收器速度为v2,
同理 mv0-(M+m)v1=(M+2m)v2,解得 v2=0
设第3粒珠子打入接收器相对静止时,接收器速度为v3,
同理 mv0=(M+3m)v3,解得
设第4粒珠子打入接收器相对静止时,接收器速度为v4,
同理 mv0-(M+3m)v3=(M+4m)v4,解得v4=0
可见,当第奇数个珠子打入接收器相对静止时,接收器的速度
其中n=1,3,5
当第偶数个珠子打入接收器相对静止时,接收器的速度 v偶=0
(3)若接收器往复运动过程中不碰到发射器,则接收器最大位移x≤s
根据能量守恒定律
代入数据解得n≥6
要使接收器在停止射击后能往复运动,则发射的珠子数n必为奇数,所以至少应发射7粒珠子后停止发射,使接收器沿直线往复运动而不碰到发射器.
如图所示,水平放置的两块于行金属板A、B之间有一匀强电场,一个带正电的微粒P恰能悬浮在板间而处于静止状态,则
(1)A、B两块金属板各带何种电量?
(2)如果微粒P所带电量为q,质量为m,求板间场强的大小;
(3)如果将另一点电荷-q放在电场中的M点,它受到多大的电场力?方向如何?
正确答案
解:(1)(2)带正电的微粒P在电场中保持静止,受重力和电场力平衡,根据平衡条件,有:
F=mg
故电场强度:
E=(竖直向上)
电场线从正电荷出发终止于负电荷,故A极板带负电荷,B极板带正电荷;
(3)如果将另一点电荷-q放在电场中的M点,它受到的电场力为:F=qE=mg
方向与场强方向相反,竖直向上;
答:(1)A极板带负电荷,B极板带正电荷;
(2)板间场强的大小为;
(3如果将另一点电荷-q放在电场中的M点,它受到的电场力大小为mg,竖直向上.
解析
解:(1)(2)带正电的微粒P在电场中保持静止,受重力和电场力平衡,根据平衡条件,有:
F=mg
故电场强度:
E=(竖直向上)
电场线从正电荷出发终止于负电荷,故A极板带负电荷,B极板带正电荷;
(3)如果将另一点电荷-q放在电场中的M点,它受到的电场力为:F=qE=mg
方向与场强方向相反,竖直向上;
答:(1)A极板带负电荷,B极板带正电荷;
(2)板间场强的大小为;
(3如果将另一点电荷-q放在电场中的M点,它受到的电场力大小为mg,竖直向上.
有一倾角为θ的斜面,把一质量为m的滑块放在斜面上,轻碰滑块后滑块恰能匀速下滑,求:
(1)物体与斜面间的动摩擦因数μ?
(2)若对滑块施加一沿斜面向上的推力F1,使滑块匀速上滑,则推力需多大?
(3)若已知动摩擦因数μ,且μ<tanθ,为了保持滑块静止于斜面上,给滑块施加一水平向右推力F2,则推力的范围是多少?
正确答案
解:(1)物体受重力、支持力和滑动摩擦力,三力平衡,根据平衡条件,有:
mgsinθ=μmgcosθ
解得:μ=tanθ
(2)物体受重力、支持力、推力和平行斜面向下的滑动摩擦力,根据平衡条件,有:
F=mgsinθ+μmgcosθ=2mgsinθ
(3)物体恰好不下滑时,对物体受力分析,受推力、重力、支持力和平行斜面向上的摩擦力,如图所示
根据平衡条件,有:
x方向:Fcosθ+f-mgsinθ=0
y方向:N-Fsinθ-mgcosθ=0
其中:f=μN
解得:F=
物体恰好不上滑时,对物体受力分析,受推力、重力、支持力和平行斜面向下的摩擦力,如图所示
根据平衡条件,有:
x方向:Fcosθ-f-mgsinθ=0
y方向:N-Fsinθ-mgcosθ=0
其中:f=μN
解得:F=;
故推力范围为:≥F≥
;
答:(1)物体与斜面间的动摩擦因数μ为tanθ;
(2)若对滑块施加一沿斜面向上的推力F1,使滑块匀速上滑,则推大小为2mgsinθ;
(3)推力的范围:≥F≥
.
解析
解:(1)物体受重力、支持力和滑动摩擦力,三力平衡,根据平衡条件,有:
mgsinθ=μmgcosθ
解得:μ=tanθ
(2)物体受重力、支持力、推力和平行斜面向下的滑动摩擦力,根据平衡条件,有:
F=mgsinθ+μmgcosθ=2mgsinθ
(3)物体恰好不下滑时,对物体受力分析,受推力、重力、支持力和平行斜面向上的摩擦力,如图所示
根据平衡条件,有:
x方向:Fcosθ+f-mgsinθ=0
y方向:N-Fsinθ-mgcosθ=0
其中:f=μN
解得:F=
物体恰好不上滑时,对物体受力分析,受推力、重力、支持力和平行斜面向下的摩擦力,如图所示
根据平衡条件,有:
x方向:Fcosθ-f-mgsinθ=0
y方向:N-Fsinθ-mgcosθ=0
其中:f=μN
解得:F=;
故推力范围为:≥F≥
;
答:(1)物体与斜面间的动摩擦因数μ为tanθ;
(2)若对滑块施加一沿斜面向上的推力F1,使滑块匀速上滑,则推大小为2mgsinθ;
(3)推力的范围:≥F≥
.
如图所示,水平细杆上套一细环A,环A与球B间用一轻质绳相连,质量分别为mA、mB (mA>mB),由于B球受到水平风力作用,A环与B球一起向右匀速运动.已知细绳与竖直方向的夹角为θ.则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、对球B受力分析,受重力、风力和拉力,如左图
风力F=mBgtanθ
绳对B球的拉力T=
当风力增大时,θ增大,则T增大.故AB均错误.
C、D、把环和球当作一个整体,对其受力分析,受重力(mA+mB)g、支持力N、风力F和向左的摩擦力f,如右图
根据共点力平衡条件可得:杆对A环的支持力大小
N=(mA+mB)g
f=F
则A环与水平细杆间的动摩擦因数为μ==
=
,由上可见,杆对A环的支持力随着风力的增加而不变,故C错误,D正确;
故选D
如图所示,放置在水平地面上的质量为M的直角劈上有一个质量为m的物体,若物体在其上匀速下滑,直角劈仍保持静止,那么下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:直角劈和物体都处于平衡状态,则直角劈M和物体m整体在竖直方向由牛顿第二定律有(M+m)g-=0,解得F
=(M+m)g,所以直角劈对地面的压力等于(M+m)g,故A正确,B错误;
直角劈相对地面既没有相对运动,也没有相对运动趋势,故斜面体所受摩擦力为零,所以CD错误.
故选:A.
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