• 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

(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.

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简答题

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:

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简答题

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.

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简答题

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

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

联立解得:T=4N

答:绳子的拉力为4N.

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简答题

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.

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简答题

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.

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简答题

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.

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简答题

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.

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简答题

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=G+Tcos30°

F=Tsin30°

联立两式解得:T=4N,F=2N.

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=G+Tcos30°

F=Tsin30°

联立两式解得:T=4N,F=2N.

答:(1)绳的拉力大小为4N;

(2)气球所受水平风力大小为2N.

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简答题

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+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+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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