• 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

水平面g上有两根相距1m的平行轨道,轨道同存在着竖直方向的匀强磁场,质量为1kg的金属杆垂直放在轨道上,金属杆与轨道间的动摩擦因数为0.6,杆中通有大小为5A的恒定电流,金属杆向右匀速运动,如图所示(g=10m/s2).

(1)判断两轨道间磁场方向;

(2)求金属杆与轨道间摩擦力的大小

(3)求磁感应强度B的大小.

正确答案

解:(1)杆向右匀速运动,说明杆受到的安培力是向右的,根据左手定则可判断磁场方向竖直向上;

(2)金属杆匀速运动,合力为0,

竖直方向:FN=mg

摩擦力:f=μFN=μmg=0.6×1×10N=6N

(3)水平方向:F=BIL,F=f                 

整理得:B=1.2T;  

答:(1)两轨道间磁场方向竖直向上;

(2)金属杆与轨道间摩擦力的大小是6N;

(3)磁感应强度B的大小1.2T.

解析

解:(1)杆向右匀速运动,说明杆受到的安培力是向右的,根据左手定则可判断磁场方向竖直向上;

(2)金属杆匀速运动,合力为0,

竖直方向:FN=mg

摩擦力:f=μFN=μmg=0.6×1×10N=6N

(3)水平方向:F=BIL,F=f                 

整理得:B=1.2T;  

答:(1)两轨道间磁场方向竖直向上;

(2)金属杆与轨道间摩擦力的大小是6N;

(3)磁感应强度B的大小1.2T.

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简答题

如图所示,质量为m的物体A用轻质细绳与圆环B连接,圆环固定在竖直杆MN上.现用一水平力F作用在绳上的O点,将O点缓慢向左拉动,当细绳与竖直方向的夹角为θ时,求:

(1)画出O点的受力示意图.

(2)OA、OB绳上的弹力TOA、TOB各为多大?(重力加速度用g表示)

(3)如果让θ继续缓慢增大,拉力F如何变化?

正确答案

解:(1)对O点受力分析如图:

(2)如图上图,根据几何关系得:

TOA=mg

TOB=

F=mgtanθ

(3)由上面表达式可知,θ增大,则F增大.

答:(1)如上图;

(2)OA上的拉力为mg,OB上的拉力为

(3)因为F=mgtanθ,所以θ增大,F增大.

解析

解:(1)对O点受力分析如图:

(2)如图上图,根据几何关系得:

TOA=mg

TOB=

F=mgtanθ

(3)由上面表达式可知,θ增大,则F增大.

答:(1)如上图;

(2)OA上的拉力为mg,OB上的拉力为

(3)因为F=mgtanθ,所以θ增大,F增大.

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简答题

如图所示,水平面上有一个倾角为θ=30°的斜劈,质量为m.一个光滑小球,质量也为m,用绳子悬挂起来,绳子与斜面的夹角为α=30°,整个系统处于静止状态.

(1)分别画出小球和斜劈的受力图;

(2)求出绳子的拉力T;

(3)若地面对斜劈的最大静摩擦力fm等于地面对斜劈的支持力的k倍,为了使整个系统始终保持静止,k值必须满足什么条件?

正确答案

解:

(1)小球的受力图和斜劈的受力图见右图:

(2)对小球:

水平方向:N1sin30°=Tsin30°

竖直方向:N1cos30°+Tcos30°=mg  

代入解得:T=,N1=T=

(3)对整体:

水平方向:f=Tsin30°

竖直方向:N2+Tcos30°=2mg

而由题意:fm=kN2为了使整个系统始终保持静止,应该满足:fm≥f

解得::k≥

答:

(1)小球和斜劈的受力图如图所示;

(2)绳子的拉力是

(3)为了使整个系统始终保持静止,k值必须满足:k≥

解析

解:

(1)小球的受力图和斜劈的受力图见右图:

(2)对小球:

水平方向:N1sin30°=Tsin30°

竖直方向:N1cos30°+Tcos30°=mg  

代入解得:T=,N1=T=

(3)对整体:

水平方向:f=Tsin30°

竖直方向:N2+Tcos30°=2mg

而由题意:fm=kN2为了使整个系统始终保持静止,应该满足:fm≥f

解得::k≥

答:

(1)小球和斜劈的受力图如图所示;

(2)绳子的拉力是

(3)为了使整个系统始终保持静止,k值必须满足:k≥

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简答题

如图所示,足球质量为m,尼龙绳与墙壁的夹角为θ,求尼龙绳对足球的拉力F1和墙壁对足球的支持力F2

正确答案

解:对小球进行受力分析如图所示:重力mg、悬绳对球的拉力F1和墙壁对球的支持力F2,三个力的合力为零

根据平衡条件得知,mg和F2的合力与F2大小相等、方向相反,则有:

 F1=,F2=mgtanα

答:绳对足球的拉力F1和墙壁对足球的支持力F2分别为,mgtanα.

解析

解:对小球进行受力分析如图所示:重力mg、悬绳对球的拉力F1和墙壁对球的支持力F2,三个力的合力为零

根据平衡条件得知,mg和F2的合力与F2大小相等、方向相反,则有:

 F1=,F2=mgtanα

答:绳对足球的拉力F1和墙壁对足球的支持力F2分别为,mgtanα.

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简答题

(2015秋•九江校级期末)如图所示,质量为m的物体放在倾角为θ的粗糙斜面上,斜面固定在电梯中,物体和斜面保持相对静止.

(1)若电梯匀速上升,求物块受到斜面的摩擦力和支持力是多少?

(2)若电梯以加速度a加速上升,求物块对斜面的摩擦力和压力是多少?

正确答案

解:(1)若电梯匀速上升,则物体也匀速上升,受力平衡,物体受到重力、支持力以及沿斜面向上的静摩擦力,根据平衡条件得,物块受到的支持力为:N=mgcosθ,

物块受到的摩擦力为:f=mgsinθ,

(2)若电梯以加速度a加速上升,则物体也以加速度a向上匀加速运动,对物块分析,

在水平方向上有:N′sinθ=f′cosθ,

在竖直方向上有:N′cosθ+f′sinθ-mg=ma,

联立解得:f′=m(g+a)sinθ,

则有:N′=m(g+a)cosθ.

根据牛顿第三定律可知,物块对斜面的摩擦力和压力分别为m(g+a)sinθ,和m(g+a)cosθ

答:(1)若电梯匀速上升,则物块受到斜面的摩擦力为mgsinθ,支持力为mgcosθ;

(2)若电梯以加速度a加速上升,物块对斜面的摩擦力和压力分别为m(g+a)sinθ,和m(g+a)cosθ.

解析

解:(1)若电梯匀速上升,则物体也匀速上升,受力平衡,物体受到重力、支持力以及沿斜面向上的静摩擦力,根据平衡条件得,物块受到的支持力为:N=mgcosθ,

物块受到的摩擦力为:f=mgsinθ,

(2)若电梯以加速度a加速上升,则物体也以加速度a向上匀加速运动,对物块分析,

在水平方向上有:N′sinθ=f′cosθ,

在竖直方向上有:N′cosθ+f′sinθ-mg=ma,

联立解得:f′=m(g+a)sinθ,

则有:N′=m(g+a)cosθ.

根据牛顿第三定律可知,物块对斜面的摩擦力和压力分别为m(g+a)sinθ,和m(g+a)cosθ

答:(1)若电梯匀速上升,则物块受到斜面的摩擦力为mgsinθ,支持力为mgcosθ;

(2)若电梯以加速度a加速上升,物块对斜面的摩擦力和压力分别为m(g+a)sinθ,和m(g+a)cosθ.

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简答题

如图所示,轻绳OA一端系于天花板上,与竖直方向的夹角为30°,水平轻绳OB的一端系在一物体Q上,Q相对于水平桌面静止,OC绳挂一重为300N的物体P.试求绳子OA的拉力与物体Q受到的摩擦力的大小.

正确答案

解:设OA绳的拉力为F1,OB绳的拉力为F2

分析结点O受力情况,重物的拉力T,绳OA的拉力F1和OB的拉力F2,如图所示:

由结点O平衡可知:

   F1cosθ=T=mg

将θ=30°,mg=300N代入,

得:F1==200N≈346N

   F2=F1sin30°=173N;

再对物体Q受力分析,受重力、支持力、拉力和摩擦力,根据平衡条件,摩擦力等于拉力,为173N;

答:绳OA的拉力是346N,物体Q受到的摩擦力的大小是173N.

解析

解:设OA绳的拉力为F1,OB绳的拉力为F2

分析结点O受力情况,重物的拉力T,绳OA的拉力F1和OB的拉力F2,如图所示:

由结点O平衡可知:

   F1cosθ=T=mg

将θ=30°,mg=300N代入,

得:F1==200N≈346N

   F2=F1sin30°=173N;

再对物体Q受力分析,受重力、支持力、拉力和摩擦力,根据平衡条件,摩擦力等于拉力,为173N;

答:绳OA的拉力是346N,物体Q受到的摩擦力的大小是173N.

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简答题

如图所示,光滑斜面倾角为θ=30°,一个重20N的物体在斜面上静止不动.轻质弹簧原长为10cm,现在的长度为6cm.(g取10m/s2)求:

(1)弹簧的劲度系数

(2)若斜面粗糙,将这个物体沿斜面上移6cm,弹簧上端与物体相连,下端固定,物体仍静止于斜面上,物体受到的摩擦力的大小和方向.

正确答案

解:(1)对物体受力分析如图:

由平衡条件得:F=Gsinθ=10N

形变量x=(10-6)cm=4cm=0.04m

由胡克定律:F=kx得:

k==250N/m

(2)对物体受力分析如图:

由平衡条件:f=F+Gsinθ

由胡克定律:F=kx=2.5×2=5N;

Gsinθ=10N

所以:f=10N+5N=15N;方向沿斜面向上.

答:

(1)弹簧的劲度系数为:250N/m

(2)物体受到的摩擦力的大小为15N和方向沿斜面向上

解析

解:(1)对物体受力分析如图:

由平衡条件得:F=Gsinθ=10N

形变量x=(10-6)cm=4cm=0.04m

由胡克定律:F=kx得:

k==250N/m

(2)对物体受力分析如图:

由平衡条件:f=F+Gsinθ

由胡克定律:F=kx=2.5×2=5N;

Gsinθ=10N

所以:f=10N+5N=15N;方向沿斜面向上.

答:

(1)弹簧的劲度系数为:250N/m

(2)物体受到的摩擦力的大小为15N和方向沿斜面向上

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简答题

如图所示,静止放在水平地面上、质量为m=10kg的两个相同的物块A、B(它们之间用轻绳相连)在方向与水平面成θ=37°角斜向上、大小为120N的拉力F作用下,以大小为a=2.0m/s的加速度开始向右做匀加速直线运动.(取sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)求:

(1)物块与地面之间的动摩擦因数:

(2)2s末剪断轻绳,求物块A在水平地面上滑行的总位移.

正确答案

解:(1)对物体A和B整体受力分析,受重力、拉力F、支持力和摩擦力,根据牛顿第二定律,有:

F•cosθ-μ(2mg-Fsinθ)=2m•a

解得:=

(2)2s末物体的速度为:v=at=4m/s;

剪短细线后,物体A受重力、支持力、摩擦力,根据牛顿第二定律,有:μmg=ma′,解得:

a′=μg=

根据速度位移关系公式,有:

答:(1)物块与地面之间的动摩擦因数为

(2)2s末剪断轻绳,物块A在水平地面上滑行的总位移为18.3m.

解析

解:(1)对物体A和B整体受力分析,受重力、拉力F、支持力和摩擦力,根据牛顿第二定律,有:

F•cosθ-μ(2mg-Fsinθ)=2m•a

解得:=

(2)2s末物体的速度为:v=at=4m/s;

剪短细线后,物体A受重力、支持力、摩擦力,根据牛顿第二定律,有:μmg=ma′,解得:

a′=μg=

根据速度位移关系公式,有:

答:(1)物块与地面之间的动摩擦因数为

(2)2s末剪断轻绳,物块A在水平地面上滑行的总位移为18.3m.

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简答题

如图所示,装置中光滑斜面的倾角α=37°,金属球质量为10kg.sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2;求:

(1)当装置静止时,金属球受斜面的作用力为多大?金属球受竖直墙的作用力为多大?

(2)当装置以加速度2m/s2竖直上升时,金属球受斜面的作用力为多大?金属球受竖直墙的作用力为多大?

正确答案

解:(1)取球为研究对象,受力分析如图,建立xy 坐标系.

静止时,根据平衡条件,有:

y方向:N1cosα-mg=0   

x方向:N1sin37°=N2

解得:

N1==125N

N2=75N 

(2)装置以加速度2 m/s2竖直上升时,根据牛顿第二定律,有:

y方向:N1′cosα-mg=ma

x方向:N1′sin37°=N2

解得:

N1′=

N2′=90N

答:(1)当装置静止时,金属球受斜面的作用力为125N,金属球受竖直墙的作用力为75N;

(2)当装置以加速度2m/s2竖直上升时,金属球受斜面的作用力为150N,金属球受竖直墙的作用力为90N.

解析

解:(1)取球为研究对象,受力分析如图,建立xy 坐标系.

静止时,根据平衡条件,有:

y方向:N1cosα-mg=0   

x方向:N1sin37°=N2

解得:

N1==125N

N2=75N 

(2)装置以加速度2 m/s2竖直上升时,根据牛顿第二定律,有:

y方向:N1′cosα-mg=ma

x方向:N1′sin37°=N2

解得:

N1′=

N2′=90N

答:(1)当装置静止时,金属球受斜面的作用力为125N,金属球受竖直墙的作用力为75N;

(2)当装置以加速度2m/s2竖直上升时,金属球受斜面的作用力为150N,金属球受竖直墙的作用力为90N.

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简答题

如图所示,斜面体的倾角α=30°,小球质量m=15kg,整个装置以a=2m/s2的加速度竖直向上运动,则小球对斜面的压力为______N,对竖直板的压力为______N.

正确答案

解:小球以加速度a加速上升,超重,视重为:

F=m(g+a)=25×(10+2)=300N

将视重沿着垂直挡板方向和垂直斜面方向正交分解,如图:

解得:

F1=Ftanα=300×=100N

F2===200N

故答案为:200,100

解析

解:小球以加速度a加速上升,超重,视重为:

F=m(g+a)=25×(10+2)=300N

将视重沿着垂直挡板方向和垂直斜面方向正交分解,如图:

解得:

F1=Ftanα=300×=100N

F2===200N

故答案为:200,100

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