• 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

如图所示,跨过定滑轮的轻绳两端分别系着物体A和B,物体A放在倾角为θ的斜面上.已知物体A的质量为mA,物体A与斜面间的最大静摩擦力是与斜面间弹力的μ倍(μ<tan θ),滑轮与轻绳间的摩擦不计,绳的OA段平行于斜面,OB段竖直,要使物体A静止在斜面上,则物体B质量的取值范围为多少?

正确答案

解:对B受力分析,绳中拉力T=mBg;

对A受力分析,当A物体刚刚要下滑时,受重力、支持力、拉力和向上的摩擦力,如图所示:

根据共点力平衡条件,有:

N-mAgcosθ=0;

T+fm-mAgsinθ=0;

其中:fm=μN

联立以上各式,解得:

mB=mA(sinθ-μcosθ

对A受力分析,当A物体刚刚要上滑时受重力、支持力、拉力和向下的摩擦力,如图所示:

根据共点力平衡条件,有:

N-mAgcosθ=0;

T-fm-mAgsinθ=0;

其中:fm=μN

联立以上各式,解得:

mB=mA(sinθ+μcosθ)

答:要使物体A静止在斜面上,则物体B质量的取值范围是m(sin θ-μcos θ)≤mB≤m(sin θ+μcos θ)

解析

解:对B受力分析,绳中拉力T=mBg;

对A受力分析,当A物体刚刚要下滑时,受重力、支持力、拉力和向上的摩擦力,如图所示:

根据共点力平衡条件,有:

N-mAgcosθ=0;

T+fm-mAgsinθ=0;

其中:fm=μN

联立以上各式,解得:

mB=mA(sinθ-μcosθ

对A受力分析,当A物体刚刚要上滑时受重力、支持力、拉力和向下的摩擦力,如图所示:

根据共点力平衡条件,有:

N-mAgcosθ=0;

T-fm-mAgsinθ=0;

其中:fm=μN

联立以上各式,解得:

mB=mA(sinθ+μcosθ)

答:要使物体A静止在斜面上,则物体B质量的取值范围是m(sin θ-μcos θ)≤mB≤m(sin θ+μcos θ)

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简答题

如图所示,一箱苹果沿着倾角为θ的斜面,以速度v匀速下滑.在箱子的中央有一只质量为m的苹果,它受到周围苹果对它作用力的方向是______

正确答案

解:这个质量为m的苹果是匀速下滑的,这说明受力平衡,它自身受到的重力竖直向下,大小为mg,以及来自下面苹果和周围苹果传来的力,说明周围苹果对它的合力与重力的大小相等方向相反,所以周围苹果对它的作用力大小为mg,方向竖直向上.

故答案为:竖直向上

解析

解:这个质量为m的苹果是匀速下滑的,这说明受力平衡,它自身受到的重力竖直向下,大小为mg,以及来自下面苹果和周围苹果传来的力,说明周围苹果对它的合力与重力的大小相等方向相反,所以周围苹果对它的作用力大小为mg,方向竖直向上.

故答案为:竖直向上

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简答题

如图所示,物块的质量m=30kg,细绳一端与物块相连,另一端绕过光滑的轻质定滑轮,滑轮用细绳悬挂于天花板上,当人用100N的力在滑轮右侧斜向下拉绳子时,滑轮两侧细绳与水平方向的夹角为53°,物体在水平面上保持静止. 已知sin53°=0.8,cos53°=0.6,取g=10m/s2,求:

(1)地面对物体的弹力大小和摩擦力大小;

(2)细绳对滑轮的作用力大小.

正确答案

解:(1)对物体受力分析,如图所示:

据共点力的平衡条件,则:

Ty+N=G,

N=G-Ty=mg-Tsin53°=220N

f=Tx=Tcos53°=60N

(2)对滑轮受力分析,如图所示:

则细绳对滑轮的作用:

FT=2Fy=2×F×sin53°=2×100×0.8=160N

答:(1)地面对物体的弹力大小为220N,摩擦力大小为60N;

(2)细绳对滑轮的作用力大小为160N.

解析

解:(1)对物体受力分析,如图所示:

据共点力的平衡条件,则:

Ty+N=G,

N=G-Ty=mg-Tsin53°=220N

f=Tx=Tcos53°=60N

(2)对滑轮受力分析,如图所示:

则细绳对滑轮的作用:

FT=2Fy=2×F×sin53°=2×100×0.8=160N

答:(1)地面对物体的弹力大小为220N,摩擦力大小为60N;

(2)细绳对滑轮的作用力大小为160N.

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简答题

如图所示,在与水平方向成θ角的传送带上有质量均为m的三个木块1、2、3,中间均用原长为l、劲度系数为k的轻弹簧连接起来,木块与传送带间的动摩擦因数均为μ,其中木块1被与传送带平行的细线拉住,传送带按图示方向匀速运动,三个木块处于平衡状态.此时细线的拉力FT是多大?木块1、3之间的距离L13是多大?

正确答案

解:(1)对木块1、2、3整体,由平衡条件可得:FT=3mgsinθ+3μmgcosθ

(2)对木块3有:mgsinθ+μmgcosθ=kx23

对木块2、3整体有:2mgsinθ+2μmgcosθ=kx12

则木块1、3间距:L13=2l+x12+x23=2l+

答:此时细线的拉力FT是3mgsinθ+3μmgcosθ,木块1、3之间的距离L13是2l+

解析

解:(1)对木块1、2、3整体,由平衡条件可得:FT=3mgsinθ+3μmgcosθ

(2)对木块3有:mgsinθ+μmgcosθ=kx23

对木块2、3整体有:2mgsinθ+2μmgcosθ=kx12

则木块1、3间距:L13=2l+x12+x23=2l+

答:此时细线的拉力FT是3mgsinθ+3μmgcosθ,木块1、3之间的距离L13是2l+

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简答题

如图所示,一根质量不计的横梁A端用铰链固定在墙壁上,B端用细绳悬挂在墙壁上的C点,使得横梁保持水平状态.已知细绳与竖直墙壁之间的夹角为60°,当用另一段轻绳在B点悬挂一个质量为M=6kg的重物时,求轻杆对B点的弹力和绳BC的拉力大小.(g取10m/s2

正确答案

解:对B点受力分析,如图所示:

根据根据共点力平衡条件,有:

T==2Mg=120N

F=Gtan60°=6×10×=60N

答:轻杆对B点的弹力为60N,绳BC的拉力大小为120N.

解析

解:对B点受力分析,如图所示:

根据根据共点力平衡条件,有:

T==2Mg=120N

F=Gtan60°=6×10×=60N

答:轻杆对B点的弹力为60N,绳BC的拉力大小为120N.

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简答题

(2015秋•九江校级月考)如图所示,小球被轻质细绳系住斜吊着放在静止光滑斜面上,设小球质量m=1kg,斜面倾角θ=30°,悬线与竖直方向夹角α=30°,光滑斜面M=3kg置于粗糙水平面上,求:

(1)悬线对小球拉力的大小.

(2)地面对斜面的摩擦力的大小和方向.(g=10m/s2

正确答案

解:(1)以小球为研究对象,受力分析如答图1所示. 

根据平衡条件得知,T与N的合力F=mg

Tcos30°= F

解得:

T==N

(2)以小球和斜面整体为研究对象,受力分析如答图2所示.

由于系统静止,合力为零,则有:

f=Tcos60°=×N=N

方向水平向左

答:(1)悬线对小球拉力大小为N;

(2)地面对斜面的摩擦力的大小为N.方向水平向左.

解析

解:(1)以小球为研究对象,受力分析如答图1所示. 

根据平衡条件得知,T与N的合力F=mg

Tcos30°= F

解得:

T==N

(2)以小球和斜面整体为研究对象,受力分析如答图2所示.

由于系统静止,合力为零,则有:

f=Tcos60°=×N=N

方向水平向左

答:(1)悬线对小球拉力大小为N;

(2)地面对斜面的摩擦力的大小为N.方向水平向左.

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简答题

某同学表演魔术时,将一小型条形磁铁藏在自己的袖子里,然后对着一悬挂的金属小球指手画脚,结果小球在他神奇的功力下飘动起来.假设当隐藏的小磁铁位于小球的左上方某一位置C (图中θ=37°)时,金属小球偏离竖直方向的夹角也是37°,如图所示.已知小球的质量为m=4.8Kg,该同学(含磁铁)的质量为M=50Kg,(sin37°=0.6cos37°=0.8g=10m/s2)求此时:

(1)悬挂小球的细线的拉力大小为多少?

(2)该同学受到地面的支持力和摩擦力大小各为多少?

正确答案

解:(1)对小球受力分析:重力、细线的拉力和磁铁的引力.设细线的拉力和磁铁的引力分别为F1和F2

根据平衡条件得:

水平方向:F1sin37°=F2sin37°

竖直方向:F1cos37°+F2cos37°=mg

解得:F1=F2===30N.

(2)以人为研究对象,分析受力情况:重力Mg、地面的支持力N、静摩擦力f和小球的引力F2′,F2′=F2=30N.

根据平衡条件得:

f=F2′sin37°=30×0.6N=18N

N=F2′cos37°+Mg=30×0.8N+500N=524N

答:(1)悬挂小球的细线的拉力大小为30N.

(2)该同学受到地面的支持力和摩擦力大小各为18N和524N.

解析

解:(1)对小球受力分析:重力、细线的拉力和磁铁的引力.设细线的拉力和磁铁的引力分别为F1和F2

根据平衡条件得:

水平方向:F1sin37°=F2sin37°

竖直方向:F1cos37°+F2cos37°=mg

解得:F1=F2===30N.

(2)以人为研究对象,分析受力情况:重力Mg、地面的支持力N、静摩擦力f和小球的引力F2′,F2′=F2=30N.

根据平衡条件得:

f=F2′sin37°=30×0.6N=18N

N=F2′cos37°+Mg=30×0.8N+500N=524N

答:(1)悬挂小球的细线的拉力大小为30N.

(2)该同学受到地面的支持力和摩擦力大小各为18N和524N.

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简答题

如图,人重600牛,木块A重400牛,人与A、A与地面间的动摩擦因数均为0.2,现人用水平力拉绳,使他与木块一起向右匀速直线运动,滑轮摩擦不计,求:

(1)人对绳的拉力.

(2)人脚给A的摩擦力方向和大小.

正确答案

解:(1)以整体为研究对象,整体在水平方向受拉力和摩擦力,由共点力的平衡可知:2F=μ(G+GA

解得:F=100N.

(2)以人为研究对象,人水平方向受拉力及摩擦力而处于平衡,拉力向右,则摩擦力向左,则得人所受的摩擦力大小为f=F=100N;而人对木板的摩擦力与木板对人的摩擦力大小相等,方向相反,故人的脚给木板的摩擦力方向水平向右.

答:(1)人对绳的拉力为100N;

(2)人脚给A的静摩擦力方向向右;大小100N.

解析

解:(1)以整体为研究对象,整体在水平方向受拉力和摩擦力,由共点力的平衡可知:2F=μ(G+GA

解得:F=100N.

(2)以人为研究对象,人水平方向受拉力及摩擦力而处于平衡,拉力向右,则摩擦力向左,则得人所受的摩擦力大小为f=F=100N;而人对木板的摩擦力与木板对人的摩擦力大小相等,方向相反,故人的脚给木板的摩擦力方向水平向右.

答:(1)人对绳的拉力为100N;

(2)人脚给A的静摩擦力方向向右;大小100N.

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简答题

风洞实验室中可产生大小、方向可调节的风力.用长为l的细线拴一小球将其放入风洞实验室,调节风力方向为水平向右,如图所示.当小球静止在A点时,悬线与竖直方向夹角为α.试求:

(1)水平风力的大小;

(2)若将小球从竖直位置由静止释放,当悬线与竖直方向成多大角度时,小球的速度最大?最大速度是多少?

正确答案

解:(1)对小球受力分析,受重力、拉力和风力,如图所示:

根据共点力平衡条件,有:

F=mgtanα     ①

(2)由于风力恒定,故摆到平衡点时速度最大,此时悬线与竖直方向夹角为α;

对加速过程采用动能定理列式,有:

Flsinα-mg(l-lcosα)=-0   ②

联立①②解得:

v=

答:(1)水平风力的大小为mgtanα;

(2)若将小球从竖直位置由静止释放,当悬线与竖直方向成α角时,小球的速度最大;最大速度是

解析

解:(1)对小球受力分析,受重力、拉力和风力,如图所示:

根据共点力平衡条件,有:

F=mgtanα     ①

(2)由于风力恒定,故摆到平衡点时速度最大,此时悬线与竖直方向夹角为α;

对加速过程采用动能定理列式,有:

Flsinα-mg(l-lcosα)=-0   ②

联立①②解得:

v=

答:(1)水平风力的大小为mgtanα;

(2)若将小球从竖直位置由静止释放,当悬线与竖直方向成α角时,小球的速度最大;最大速度是

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简答题

如图所示,质量为m的物体被三条同材质的绳子悬挂在O点,绳AO与水平方向的夹角为θ,绳BO水平,则:

(1)绳AO,BO,CO的张力是多大?

(2)若逐渐增大物体的质量,则哪条绳子先断?

正确答案

解:(1)对结点O受力分析,如图:

绳子OC受到的拉力大小为:

FC=mg

绳子OA受到的拉力大小为:

FA=

绳子OB受到的拉力大小为:

FB=

(2)三条绳子中受到拉力最大的是FA,故增加重物的质量时AO绳最先断;

答:(1)绳AO的张力是,BO的张力是,CO的张力是mg;

(2)若逐渐增大物体的质量,则AO绳子先断.

解析

解:(1)对结点O受力分析,如图:

绳子OC受到的拉力大小为:

FC=mg

绳子OA受到的拉力大小为:

FA=

绳子OB受到的拉力大小为:

FB=

(2)三条绳子中受到拉力最大的是FA,故增加重物的质量时AO绳最先断;

答:(1)绳AO的张力是,BO的张力是,CO的张力是mg;

(2)若逐渐增大物体的质量,则AO绳子先断.

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