- 用牛顿运动定律解决问题(二)
- 共11872题
(1)如图所示,一个倾角为θ的斜面上,放一个重G的光滑小球,球被竖直的挡板挡住,则斜面对球的支持力的大小是多少?竖直的挡板对球的弹力是多少?
(2)若将挡板从竖直位置沿逆时针缓慢旋转至水平位置的过程中,球对斜面的压力、球对挡板的压力如何变化?
正确答案
解:(1)受力分析如图,将FN1与FN2合成,其合力与重力等大反向,利用直角三角形边角关系得:
FN1sinθ=FN2
FN1cosθ=G
解得:FN1=;FN2=Gtanθ
(2)挡板转动时,挡板给球的弹力FN2与斜面给球的弹力FN1合力大小方向不变,其中FN1的方向不变,作辅助图如上,挡板转动过程中,FN2的方向变化如图中a、b、c的规律变化,为满足平行四边形定则,其大小变化规律为先变小后变大,其中挡板与斜面垂直时为最小.与此对应,FN1的大小为一直减小.
综上所述,再根据牛顿第三定律得,在该过程中,球对斜面的压力方向垂直斜面指向斜面不变,大小始终减小.球对挡板的压力方向始终与挡板垂直指向挡板,大小先变小后变大.
答:(1)斜面对球的支持力的大小是,竖直的挡板对球的弹力是Gtanθ;
(2)若将挡板从竖直位置沿逆时针缓慢旋转至水平位置的过程中,球对斜面的压力方向垂直斜面指向斜面不变,大小始终减小;球对挡板的压力方向始终与挡板垂直指向挡板,大小先变小后变大.
解析
解:(1)受力分析如图,将FN1与FN2合成,其合力与重力等大反向,利用直角三角形边角关系得:
FN1sinθ=FN2
FN1cosθ=G
解得:FN1=;FN2=Gtanθ
(2)挡板转动时,挡板给球的弹力FN2与斜面给球的弹力FN1合力大小方向不变,其中FN1的方向不变,作辅助图如上,挡板转动过程中,FN2的方向变化如图中a、b、c的规律变化,为满足平行四边形定则,其大小变化规律为先变小后变大,其中挡板与斜面垂直时为最小.与此对应,FN1的大小为一直减小.
综上所述,再根据牛顿第三定律得,在该过程中,球对斜面的压力方向垂直斜面指向斜面不变,大小始终减小.球对挡板的压力方向始终与挡板垂直指向挡板,大小先变小后变大.
答:(1)斜面对球的支持力的大小是,竖直的挡板对球的弹力是Gtanθ;
(2)若将挡板从竖直位置沿逆时针缓慢旋转至水平位置的过程中,球对斜面的压力方向垂直斜面指向斜面不变,大小始终减小;球对挡板的压力方向始终与挡板垂直指向挡板,大小先变小后变大.
如图,质量为m的木块放置于倾角为α的粗糙斜面上,斜面固定,动摩擦因数为μ(μ<tanα),为使其平衡,施加一水平推力F,则F的最大值为Fmax=______;F的最小值为Fmin=______.(假设最大静摩擦力=滑动摩擦力)
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
平行斜面方向:Fmax•cosθ=f+mgsinθ
垂直斜面方向:N=Fmax•sinθ+mgcosθ
其中:f=μN
得:Fmax=
当摩擦力沿斜面向上且达到最大值时,F最小,有
平行斜面方向:Fmin•cosθ+f=mgsinθ
垂直斜面方向:N=Fmin•sinθ+mgcosθ
其中:f=μN
得:Fmin=
故答案为:,
.
解析
解:当摩擦力沿斜面向下且达到最大值时,F最大,有
平行斜面方向:Fmax•cosθ=f+mgsinθ
垂直斜面方向:N=Fmax•sinθ+mgcosθ
其中:f=μN
得:Fmax=
当摩擦力沿斜面向上且达到最大值时,F最小,有
平行斜面方向:Fmin•cosθ+f=mgsinθ
垂直斜面方向:N=Fmin•sinθ+mgcosθ
其中:f=μN
得:Fmin=
故答案为:,
.
如图,用与水平方向成θ=53°角斜向上的50N的力拉着质量为10kg的物体,在水平面上做匀速直线运动.(取g=10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6)求:
(1)作出物体受力分析示意图
(2)水平面对物体的支持力多大?
(3)物体与水平面间的动摩擦因数多大?
正确答案
解:(1)物体受到重力、拉力F、水平面的支持力和摩擦力,作出受力分析示意图如图.
(1)根据平衡条件得:
N+Fsinθ-mg=0
得 N=mg-Fsinθ=100-50×sin53°=60N
(2)物体所受的摩擦力 f=Fcosθ=50×0.6N=30N
则物体与水平面间的动摩擦因数 μ==
=0.5
答:
(1)作出物体受力分析示意图如图.
(2)水平面对物体的支持力是60N.
(3)物体与水平面间的动摩擦因数是0.5.
解析
解:(1)物体受到重力、拉力F、水平面的支持力和摩擦力,作出受力分析示意图如图.
(1)根据平衡条件得:
N+Fsinθ-mg=0
得 N=mg-Fsinθ=100-50×sin53°=60N
(2)物体所受的摩擦力 f=Fcosθ=50×0.6N=30N
则物体与水平面间的动摩擦因数 μ==
=0.5
答:
(1)作出物体受力分析示意图如图.
(2)水平面对物体的支持力是60N.
(3)物体与水平面间的动摩擦因数是0.5.
球重为10N,所受空气的浮力为16N,由于水平风力F作用,使系氢气球的绳子和地面成60°角,求绳子对小球的拉力大小.
正确答案
解:受力分析如图,水平方向上平衡有:Tcos60°=F
竖直方向平衡有:Tsin60°+mg=F浮
联立解得:T=4N
答:绳子的拉力为4N.
解析
解:受力分析如图,水平方向上平衡有:Tcos60°=F
竖直方向平衡有:Tsin60°+mg=F浮
联立解得:T=4N
答:绳子的拉力为4N.
如图所示,质量为m1=2kg的物体甲通过三段轻绳悬挂,三段轻绳的结点为O,轻绳OB水平且B端与放置在水平面上的质量为m2的物体乙相连,轻绳OA与竖直方向的夹角θ=37°,物体甲、乙均处于静止状态.已知重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,求:
(1)轻绳OA、OB受到的拉力;
(2)物体乙受到的摩擦力是多大?方向如何?
(3)若物体乙与水平面之间的动摩擦因数为μ=0.3,则欲使物体乙在水平面上不滑动,物体乙的质量m2至少为多少?
正确答案
解:(1)对结点O,受力如图:
可知:TA==25N
TB=m1gtanθ=15N
(2)乙物体受力平衡,则摩擦力f=TB=15N,方向水平向左;
(3)当乙物体刚要滑动时静摩擦力达到最大值,对乙物体
可知:TB=μN=μm2g
可得:m2==5kg
答:(1)轻绳OA、OB受到的拉力分别为25N,15N;
(2)物体乙受到的摩擦力是15N,方向水平向左;
(3)若物体乙与水平面之间的动摩擦因数为μ=0.3,则欲使物体乙在水平面上不滑动,物体乙的质量m2至少为5kg.
解析
解:(1)对结点O,受力如图:
可知:TA==25N
TB=m1gtanθ=15N
(2)乙物体受力平衡,则摩擦力f=TB=15N,方向水平向左;
(3)当乙物体刚要滑动时静摩擦力达到最大值,对乙物体
可知:TB=μN=μm2g
可得:m2==5kg
答:(1)轻绳OA、OB受到的拉力分别为25N,15N;
(2)物体乙受到的摩擦力是15N,方向水平向左;
(3)若物体乙与水平面之间的动摩擦因数为μ=0.3,则欲使物体乙在水平面上不滑动,物体乙的质量m2至少为5kg.
如图所示,用绳AO、BO吊起一重物.如果绳子受到的最大拉力为2.0×104N,则该装置能够吊起的重物最重是多少?(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
正确答案
解:假设两绳均不被拉断,分析O点受力情况,受重力和两个拉力,如图所示:
根据共点力平衡条件并结合几何关系,有:
F1:F2:G=3:4:5
故右侧绳子张力大于左侧绳子张力,随着重力的增加,右侧绳子先断,当右侧绳子的拉力F2=20000N时,物体的重力为:G==
=25000N;
答:该装置能够吊起的重物最重是25000N.
解析
解:假设两绳均不被拉断,分析O点受力情况,受重力和两个拉力,如图所示:
根据共点力平衡条件并结合几何关系,有:
F1:F2:G=3:4:5
故右侧绳子张力大于左侧绳子张力,随着重力的增加,右侧绳子先断,当右侧绳子的拉力F2=20000N时,物体的重力为:G==
=25000N;
答:该装置能够吊起的重物最重是25000N.
如图所示,轻杆BC的C点用光滑铰链与墙壁固定,B点通过水平轻质细绳AB使杆与竖直墙壁保持30°的夹角.若在B点绳悬挂一个定滑轮(不计重力),某人用它匀速地提起重物.已知重物的质量m=30kg,人的质量M=50kg(g取10m/s2).试求:
(1)地面对人的支持力的大小;
(2)绳AB中弹力的大小.
正确答案
解:(1)因匀速提起重物,则:
FT=mg
所以地面对人的支持力为:
FN=Mg-mg=500-300=200 N
(2)定滑轮对B点的拉力方向竖直向下,大小为2mg;
对B点受力分析,如图所示:
根据共点力平衡条件,有:
FAB=2mgtan30°
FAB=200 N
答:(1)地面对人的支持力的大小为200N;
(2)绳AB中弹力的大小为200N.
解析
解:(1)因匀速提起重物,则:
FT=mg
所以地面对人的支持力为:
FN=Mg-mg=500-300=200 N
(2)定滑轮对B点的拉力方向竖直向下,大小为2mg;
对B点受力分析,如图所示:
根据共点力平衡条件,有:
FAB=2mgtan30°
FAB=200 N
答:(1)地面对人的支持力的大小为200N;
(2)绳AB中弹力的大小为200N.
如图所示,重力为G1=10N,G2=20N的木块悬挂在绳PC和PB的结点上,PB水平,G2在倾角为30°的斜面上,PA偏离竖直方向30°,系统处于静止.试求:
(1)PB绳中的拉力大小?
(2)木块与斜面间的摩擦力大小?
(3)木块所受斜面的支持力大小?
正确答案
解:如图甲所示分析结点P受力,
由平衡条件得:
FAcos30°=G1
FAsin30°=FB
可解得:BP绳的拉力为FB=N
再分析G2的受力情况如图乙所示.
由物体的平衡条件可得:
Ff=G2sin30°+FB′cos30°
FN+FB′sin30°=G2 cos30°
又有FB′=FB
解得:Ff=15N,FN=N.
答:(1)PB绳中的拉力大小为N;
(2)木块与斜面间的摩擦力为15N;
(3)木块所受斜面的支持力为N.
解析
解:如图甲所示分析结点P受力,
由平衡条件得:
FAcos30°=G1
FAsin30°=FB
可解得:BP绳的拉力为FB=N
再分析G2的受力情况如图乙所示.
由物体的平衡条件可得:
Ff=G2sin30°+FB′cos30°
FN+FB′sin30°=G2 cos30°
又有FB′=FB
解得:Ff=15N,FN=N.
答:(1)PB绳中的拉力大小为N;
(2)木块与斜面间的摩擦力为15N;
(3)木块所受斜面的支持力为N.
某商场开业庆典时,广场上的一只氢气球受水平风力F作用,稳定在如图所示的位置.已知氢气球(含所充气体)的总重量为10N.所受空气浮力大小为16N,系气球的绳子和地面成60°角,不计绳的质量.求:
(1)绳子的拉力T;
(2)气球受到的水平风力F.
正确答案
解:气球受重力、浮力、拉力和风力处于平衡,有:
F浮=G+Tcos30°
F=Tsin30°
联立两式解得:T=4N,F=2
N.
答:(1)绳的拉力大小为4N;
(2)气球所受水平风力大小为2N.
解析
解:气球受重力、浮力、拉力和风力处于平衡,有:
F浮=G+Tcos30°
F=Tsin30°
联立两式解得:T=4N,F=2
N.
答:(1)绳的拉力大小为4N;
(2)气球所受水平风力大小为2N.
如图所示,倾角为θ的斜面AB是粗糙且绝缘的,AB长为L,C为AB的中点,在 AC之间加一方向垂直斜面向上的匀强电场,与斜面垂直的虚线CD为电场的边界.现有一质量为m、电荷量为q的带正电的小物块(可视为质点),从B点开始以速度v0沿斜面向下做匀速运动,经过C点后沿斜面做匀加速运动,到达A点时的速度大小为v,试求:
(1)小物块与斜面间的动摩擦因数μ;
(2)匀强电场场强E的大小;
(3)保持其他条件不变,使匀强电场在原区域内(AC间)顺时针转过90°,求小物块离开电场区时的动能EK大小.
正确答案
解:(1)小物块在BC上匀速运动,支持力:N=mgcosθ
滑动摩擦力:f=μN
由平衡条件得:mgsinθ=μmgcosθ
解得:μ=tanθ
(2)小物块在CA段做匀加速直线运动,则:
N′=mgcosθ-qE
f′=μN′
根据动能定理得:mgLsinθ-
f′L=
m(v2-v20)
解得:E=(v2-v20)
(3)①小物块可能从A处出电场,W电+WG+Wf=EK-EK0
则:-qEL=EK-EK0
得:EK=mv20-
②小物块可能从C处出电场,设从C处进入电场滑行距离X,
则:-qEx=m(0-v20)
从C处进入电场到从C处滑出电场的过程中运用动能定理:
Wf=EK-EK0
-2μmgxcosθ=EK-EK0
得:EK=mv20-
答:(1)小物块与斜面间的动摩擦因数μ为tanθ;
(2)匀强电场场强E的大小E=(v2-v20);
(3)保持其他条件不变,使匀强电场在原区域内(AC间)顺时针转过90°,小物块离开电场区时的动能EK大小为mv20-
或者
mv20-
.
解析
解:(1)小物块在BC上匀速运动,支持力:N=mgcosθ
滑动摩擦力:f=μN
由平衡条件得:mgsinθ=μmgcosθ
解得:μ=tanθ
(2)小物块在CA段做匀加速直线运动,则:
N′=mgcosθ-qE
f′=μN′
根据动能定理得:mgLsinθ-
f′L=
m(v2-v20)
解得:E=(v2-v20)
(3)①小物块可能从A处出电场,W电+WG+Wf=EK-EK0
则:-qEL=EK-EK0
得:EK=mv20-
②小物块可能从C处出电场,设从C处进入电场滑行距离X,
则:-qEx=m(0-v20)
从C处进入电场到从C处滑出电场的过程中运用动能定理:
Wf=EK-EK0
-2μmgxcosθ=EK-EK0
得:EK=mv20-
答:(1)小物块与斜面间的动摩擦因数μ为tanθ;
(2)匀强电场场强E的大小E=(v2-v20);
(3)保持其他条件不变,使匀强电场在原区域内(AC间)顺时针转过90°,小物块离开电场区时的动能EK大小为mv20-
或者
mv20-
.
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