- 用牛顿运动定律解决问题(二)
- 共11872题
如图甲所示,质量为2m的木块A套在水平杆上,并用轻绳将木块A与质量为m的小球B相连.在平行于杆水平向右的外力F0作用下,A、B一起做匀速直线运动.已知重力加速度为g.
(1)求轻绳对B的拉力与水平杆夹角的正切值tanθ和拉力大小T.
(2)木块与水平杆间的动摩擦因数μ为多少?
(3)如图乙,若B受到的外力由水平变为斜向上方,跟水平方向成α=30°角,A、B恰好一起向右做匀速直线运动,求此外力的大小F.
正确答案
解:(1)小球受到重力、外力F0和轻绳的拉力T,如图所示:
由平衡条件得:tan,T=
,
(2)AB整体受到重力,支持力N1,外力F0和摩擦力f作用,由平衡条件得:
N1-3mg=0,F0-μN1=0,
解得:
(3)AB整体受到重力,支持力N2,外力F和摩擦力作用,由平衡条件得:
N2+Fsinα-3mg=0,
Fcosα-μN2=0,
解得:F=
答:(1)轻绳对B的拉力与水平杆夹角的正切值tanθ为,和拉力大小为
;
(2)木块与水平杆间的动摩擦因数μ为;
(3)此外力的大小F为.
解析
解:(1)小球受到重力、外力F0和轻绳的拉力T,如图所示:
由平衡条件得:tan,T=
,
(2)AB整体受到重力,支持力N1,外力F0和摩擦力f作用,由平衡条件得:
N1-3mg=0,F0-μN1=0,
解得:
(3)AB整体受到重力,支持力N2,外力F和摩擦力作用,由平衡条件得:
N2+Fsinα-3mg=0,
Fcosα-μN2=0,
解得:F=
答:(1)轻绳对B的拉力与水平杆夹角的正切值tanθ为,和拉力大小为
;
(2)木块与水平杆间的动摩擦因数μ为;
(3)此外力的大小F为.
如图所示,质量为M的直角三棱柱A放在水平地面上,三棱柱的斜面是光滑的,且斜面倾角为θ.质量为m的光滑球放在三棱柱和光滑竖直墙壁之间,A和B都处于静止状态,求地面对三棱柱支持力和摩擦力各为多少?
正确答案
解:选取A和B整体为研究对象,它受到重力(M+m)g,地面支持力N,墙壁的弹力F和地面的摩擦力f的作用(如图所示)而处于平衡状态.根据平衡条件有:N-(M+m)g=0,F=f,可得N=(M+m)g.
再以B为研究对象,它受到重力mg,三棱柱对它的支持力NB,墙壁对它的弹力F的作用(如图所示),而处于平衡状态,根据平衡条件有:
NB cosθ=mg,NBsinθ=F,解得F=mgtanθ,所以f=F=mgtanθ.
答:地面对三棱柱支持力为(M+m)g,摩擦力为mgtanθ.
解析
解:选取A和B整体为研究对象,它受到重力(M+m)g,地面支持力N,墙壁的弹力F和地面的摩擦力f的作用(如图所示)而处于平衡状态.根据平衡条件有:N-(M+m)g=0,F=f,可得N=(M+m)g.
再以B为研究对象,它受到重力mg,三棱柱对它的支持力NB,墙壁对它的弹力F的作用(如图所示),而处于平衡状态,根据平衡条件有:
NB cosθ=mg,NBsinθ=F,解得F=mgtanθ,所以f=F=mgtanθ.
答:地面对三棱柱支持力为(M+m)g,摩擦力为mgtanθ.
如图所示,质量M=0.1kg 的有孔小球穿在固定的足够长的斜杆上,斜杆与水平方向的夹角θ=37°,球与杆间的动摩擦因数μ=0.5.小球受到竖直向上的恒定拉力F=1.2N 后,由静止开始沿杆斜向上做匀加速直线运动.(sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度g 取10m/s2)求:
(1)斜杆对小球的滑动摩擦力的大小;
(2)小球的加速度;
(3)若作用10s 后撤去拉力,求再过1s后小球相对于起点的位移.
正确答案
解:(1)小球受力如右图所示,在垂直于斜面的方向上,
有Fcosθ-mgcosθ-N=0
得N=Fcosθ-mgcosθ
故滑动摩擦力的大小为f=μN=μ(Fcosθ-mgcosθ )=0.08N
(2)由牛顿第二定律,在沿斜面方向上,
有Fsinθ-mgsinθ-f=ma
解得a1=0.4m/s2
(3)小球在最初的t1=10s内的位移大小为:S1=at12=20m,
速度大小为:v1=a1t1=4m/s
撤去F后,小球继续向上运动,加速度大小为:a2==10m/s2
运动:t2==0.4s后速度为零,位移:S2=
at22=0.8m.
然后小球向下运动,加速度大小为:a3==2m/s2,
运动时间为:t2=1-0.4=0.6s,
位移大小为:S3=a3t32=0.36m.
因此小球位移:S=S1+S2-S3=20.44m
答:(1)斜杆对小球的滑动摩擦力是0.08N;
(2)小球的加速度是0.4m/s2;
(3)若作用10s 后撤去拉力,再过1s后小球相对于起点的位移是20.44m.
解析
解:(1)小球受力如右图所示,在垂直于斜面的方向上,
有Fcosθ-mgcosθ-N=0
得N=Fcosθ-mgcosθ
故滑动摩擦力的大小为f=μN=μ(Fcosθ-mgcosθ )=0.08N
(2)由牛顿第二定律,在沿斜面方向上,
有Fsinθ-mgsinθ-f=ma
解得a1=0.4m/s2
(3)小球在最初的t1=10s内的位移大小为:S1=at12=20m,
速度大小为:v1=a1t1=4m/s
撤去F后,小球继续向上运动,加速度大小为:a2==10m/s2
运动:t2==0.4s后速度为零,位移:S2=
at22=0.8m.
然后小球向下运动,加速度大小为:a3==2m/s2,
运动时间为:t2=1-0.4=0.6s,
位移大小为:S3=a3t32=0.36m.
因此小球位移:S=S1+S2-S3=20.44m
答:(1)斜杆对小球的滑动摩擦力是0.08N;
(2)小球的加速度是0.4m/s2;
(3)若作用10s 后撤去拉力,再过1s后小球相对于起点的位移是20.44m.
如图所示,用绳子AC和BC悬一重力为100N的物体,绳子AC和BC与天花板的夹角分别为30°和60°,求每条绳子的拉力分别是多少?
正确答案
解:对重物受力分析,如图所示:
根据共点力平衡条件,有:
FAC=Gcos60°=100×=50N
FBC=Gsin60°=100×=50
N
答:AC绳子的拉力为50N,BC的拉力为50N.
解析
解:对重物受力分析,如图所示:
根据共点力平衡条件,有:
FAC=Gcos60°=100×=50N
FBC=Gsin60°=100×=50
N
答:AC绳子的拉力为50N,BC的拉力为50N.
如图,质量为10千克的铅球静止放在倾角为30°的斜面与竖直挡板之间,求球对斜面的压力和球对档板的压力( g=10m/s2).
正确答案
解:球受到竖直向下的重力作用,这个重力总是欲使球向下运动,但是由于挡板和斜面的支持,球才保持静止状态,因此,球的重力产生两个作用效果,如图所示,两个分力:①使球垂直压紧档板的力F1;②使球垂直压紧斜面的力F2,将重力G分解为F1和F2,由几何知识可得:
F1=Gtanα=100tan30°=N,
F2==
N.
F1和F2分别等于球对挡板和斜面的压力.
答:球对斜面的压力和球对档板的压力分别是N和
N.
解析
解:球受到竖直向下的重力作用,这个重力总是欲使球向下运动,但是由于挡板和斜面的支持,球才保持静止状态,因此,球的重力产生两个作用效果,如图所示,两个分力:①使球垂直压紧档板的力F1;②使球垂直压紧斜面的力F2,将重力G分解为F1和F2,由几何知识可得:
F1=Gtanα=100tan30°=N,
F2==
N.
F1和F2分别等于球对挡板和斜面的压力.
答:球对斜面的压力和球对档板的压力分别是N和
N.
三段不可伸长的细绳OA、OB、OC共同悬挂一个6N的重物,如图所示,其中OB是水平的,A端、B端固定.已知0A与水平面的夹角为37°,(已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,)求绳子OA和绳子OB的拉力.
正确答案
解:以结点O为研究对象,分析受力情况,CO绳对O点的拉力大小等于重力mg,即FCO=mg
按照效果将OC绳的拉力按效果进行分解,如上图,由几何关系得:
FAO==
FBO=mgcot37°=6×=8N
答:绳子OA和绳子OB的拉力分别为10N、8N.
解析
解:以结点O为研究对象,分析受力情况,CO绳对O点的拉力大小等于重力mg,即FCO=mg
按照效果将OC绳的拉力按效果进行分解,如上图,由几何关系得:
FAO==
FBO=mgcot37°=6×=8N
答:绳子OA和绳子OB的拉力分别为10N、8N.
如图所示,D是倾角为θ的固定斜面,长方体A、B叠放在D斜面上.重物C通过轻滑轮、轻绳与A、B相连,A、B、C都处于静止状态.设A、B、C质量分别为mA=3m、mB=m、mC=4m.绳对A、B的拉力与斜面始终保持平行.求:A、B间的摩擦因数μ1,B与D之间的动摩擦因数为μ2的取值范围.
正确答案
解:由题意可知,mC=4m,则绳子的拉力为2mg;
对A受力分析,重力、支持力、拉力与静摩擦力,根据平衡条件可知,
当sinθ时,有静摩擦力向下,则有:2mg-3mgsinθ≤μ1×3mgcosθ,
当sin时,静摩擦力向上时,则有:μ1′×3mgcosθ≥3mgsinθ-2mg;
可解得:当sinθ时,μ1≥
=
;
当sin时,μ1≥
=
;
对A+B整体受力分析,重力、支持力、拉力与静摩擦力,根据平衡条件可知,
则有:4mg-4mgsinθ≤μ2×4mgcosθ;
解得:μ2≥=
答:当sinθ时,A、B间的摩擦因数μ1≥
;sin
时,A、B间的摩擦因数μ1≥
;
B与D之间的动摩擦因数为μ2≥.
解析
解:由题意可知,mC=4m,则绳子的拉力为2mg;
对A受力分析,重力、支持力、拉力与静摩擦力,根据平衡条件可知,
当sinθ时,有静摩擦力向下,则有:2mg-3mgsinθ≤μ1×3mgcosθ,
当sin时,静摩擦力向上时,则有:μ1′×3mgcosθ≥3mgsinθ-2mg;
可解得:当sinθ时,μ1≥
=
;
当sin时,μ1≥
=
;
对A+B整体受力分析,重力、支持力、拉力与静摩擦力,根据平衡条件可知,
则有:4mg-4mgsinθ≤μ2×4mgcosθ;
解得:μ2≥=
答:当sinθ时,A、B间的摩擦因数μ1≥
;sin
时,A、B间的摩擦因数μ1≥
;
B与D之间的动摩擦因数为μ2≥.
如图所示,OB绳水平,OA绳与竖直方向成300角,物体质量为10㎏.求:OB绳、OA绳中的拉力?
正确答案
解:受力分析如图,由平衡条件有:
T1cosθ=mg
T1sinθ=T2
得:T1==
=
N
T2=mgtanθ=N
答:OB绳、OA绳中的拉力分别为:N、
N.
解析
解:受力分析如图,由平衡条件有:
T1cosθ=mg
T1sinθ=T2
得:T1==
=
N
T2=mgtanθ=N
答:OB绳、OA绳中的拉力分别为:N、
N.
有一重为150N的木箱在一原长为20cm、劲度系数为k=600N/m的轻质弹簧水平拉力F作用下,弹簧伸长到30cm,(在弹性限度内),在水平地面上匀速滑动,求这个弹簧的弹力和木箱与地面之间的动摩擦因数.
正确答案
解:根据胡克定律得:F=kx=600×(0.3-0.2)N=60N
木箱匀速运动,受力平衡,则有:
f=F=60N
FN=mg=150N
解得:
答:这个弹簧的弹力为60N,木箱与地面之间的动摩擦因数位0.4.
解析
解:根据胡克定律得:F=kx=600×(0.3-0.2)N=60N
木箱匀速运动,受力平衡,则有:
f=F=60N
FN=mg=150N
解得:
答:这个弹簧的弹力为60N,木箱与地面之间的动摩擦因数位0.4.
如图所示,半径为R的质量为m的光滑球体,静止在桌边和墙边.已知:桌边缘与墙面的距离为d.
(1)画出球的受力分析图.
(2)球受到的桌子边缘和墙壁的弹力F1,F2分别为?
正确答案
解:(1)球受到重力、墙面的支持力和桌子的支持力,再画出受力示意图如图.
(2)设F1与竖直方向夹角为θ.
由平衡条件得:
,F2=mgtanθ
由几何关系有:,
所以:,
.
答:
(1)球的受力分析图如图.
(2)球受到的桌子边缘和墙壁的弹力F1,F2分别为 和
.
解析
解:(1)球受到重力、墙面的支持力和桌子的支持力,再画出受力示意图如图.
(2)设F1与竖直方向夹角为θ.
由平衡条件得:
,F2=mgtanθ
由几何关系有:,
所以:,
.
答:
(1)球的受力分析图如图.
(2)球受到的桌子边缘和墙壁的弹力F1,F2分别为 和
.
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