• 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,轻质弹簧的劲度系数为200N/m,它水平拉着一个重为20N的物体在水平面上运动,当弹簧的伸长量为4cm时,物体恰在水平面上做匀速直线运动,问:

(1)物体与水平面的动摩擦因数为多少?

(2)在弹性限度内,当弹簧的伸长量为6cm时,物体受到的摩擦力为多大?

正确答案

解:

(1)根据胡克定律得,弹簧的拉力F=kx,

由平衡条件得

   滑动摩擦力f=F

    支持力FN=G

又f=μFN,联立代入得到 

   =

(2)由于动摩擦因数μ不变,物体对地面的压力大小FN不变,则滑动摩擦力f不变,f=μG=0.4×20N=8N

答:(1)物体与水平面的动摩擦因数为0.4;

    (2)在弹性限度内,当弹簧的伸长量为6cm时,物体受到的摩擦力仍为0.8N.

解析

解:

(1)根据胡克定律得,弹簧的拉力F=kx,

由平衡条件得

   滑动摩擦力f=F

    支持力FN=G

又f=μFN,联立代入得到 

   =

(2)由于动摩擦因数μ不变,物体对地面的压力大小FN不变,则滑动摩擦力f不变,f=μG=0.4×20N=8N

答:(1)物体与水平面的动摩擦因数为0.4;

    (2)在弹性限度内,当弹簧的伸长量为6cm时,物体受到的摩擦力仍为0.8N.

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简答题

如图所示,将重力为G的物体A放在倾角θ的斜面上,物体与斜面间的动摩擦因数为μ,那么对A施加一个多大的水平力F,可使物体沿斜面匀速上滑?

正确答案

解:对A进行受力分析,并建立直角坐标系,如右图所示:

由于物体沿斜面匀速上滑

有在x轴方向平衡得出:

Fcosθ=f+Gsinθ------①

其中f=μN------②

在y轴方向平衡得出:

N=Gcosθ+Fsinθ--------③

联立①②③,解得F=  

答:对A施加的力大小为

解析

解:对A进行受力分析,并建立直角坐标系,如右图所示:

由于物体沿斜面匀速上滑

有在x轴方向平衡得出:

Fcosθ=f+Gsinθ------①

其中f=μN------②

在y轴方向平衡得出:

N=Gcosθ+Fsinθ--------③

联立①②③,解得F=  

答:对A施加的力大小为

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简答题

如图所示,将一条轻而柔软的细绳一端固定在天花板上的A点,另一端固定在竖直墙上的B点,A和B到0点的距离相等,绳长为0A的两倍.滑轮的大小与质量均可忽略,滑轮下悬挂一质量为m的重物.忽略一切摩擦力,求平衡时绳中拉力的大小.

正确答案

解:对动滑轮K的受力分析,如图所示,

并以K为坐标原点建立直角坐标系,设OA=L,则绳长为2L.

AK=y,则BK=2L-y

cK=x,则dK=L-x

水平方向:Fcosα=Fcosβ 所以α=β

如图,将AK延长到竖直墙壁,则有:cosα==,α=60°

竖直方向:2Fsinα=mg

所以:F=

答:平衡时,绳所受的拉力是

解析

解:对动滑轮K的受力分析,如图所示,

并以K为坐标原点建立直角坐标系,设OA=L,则绳长为2L.

AK=y,则BK=2L-y

cK=x,则dK=L-x

水平方向:Fcosα=Fcosβ 所以α=β

如图,将AK延长到竖直墙壁,则有:cosα==,α=60°

竖直方向:2Fsinα=mg

所以:F=

答:平衡时,绳所受的拉力是

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简答题

如图所示,与水平面夹角为30°的固定斜面上有一质量m=1.0kg的物体.细绳的一端通过摩擦不计的定滑轮与固定的弹簧秤相连.物体静止在斜面上,弹簧秤的示数为6N,(取g=10m/s2),求物体所受的支持力和摩擦力.

正确答案

解:物体的重力在垂直于斜面的方向:N

根据牛顿第三定律可知,物体受到的支持力是8.7N.

物体重力沿斜面方向下的分力Gx=mgsin30°=5N,根据共点力平衡,知物体受摩擦力:f=F-Gx=6-5=1.0N

答:物体受到的支持力是8.7N,受到的摩擦力是1.0N.

解析

解:物体的重力在垂直于斜面的方向:N

根据牛顿第三定律可知,物体受到的支持力是8.7N.

物体重力沿斜面方向下的分力Gx=mgsin30°=5N,根据共点力平衡,知物体受摩擦力:f=F-Gx=6-5=1.0N

答:物体受到的支持力是8.7N,受到的摩擦力是1.0N.

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简答题

如图所示,质量为m1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: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受到的拉力是多大;

(2)若物体乙的质量m2=5kg,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,物体甲的质量m1最大不能超过多少?

正确答案

解:(1)对结点O受力分析,如图:

由几何知识:cosθ=          

tanθ=            

得:TA==m1g,

TB=m1gtanθ=m1g;       

(2)当乙物体刚要滑动时,静摩擦力达到最大值Fmax=µm2g              

即:Tmax=Fmax     

由前面分析tanθ=

得:m1max==2.0kg;         

答:(1)轻绳OA、OB受到的拉力分别是m1g和m1g;

(2)若物体乙的质量m2=5kg,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,物体甲的质量m1最大不能超过2.0kg.

解析

解:(1)对结点O受力分析,如图:

由几何知识:cosθ=          

tanθ=            

得:TA==m1g,

TB=m1gtanθ=m1g;       

(2)当乙物体刚要滑动时,静摩擦力达到最大值Fmax=µm2g              

即:Tmax=Fmax     

由前面分析tanθ=

得:m1max==2.0kg;         

答:(1)轻绳OA、OB受到的拉力分别是m1g和m1g;

(2)若物体乙的质量m2=5kg,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,物体甲的质量m1最大不能超过2.0kg.

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简答题

如图所示,质量为m的木箱放在倾角为θ的斜面上,它跟斜面的动摩擦因数为μ,为使木箱沿斜面向上匀速运动,可对木箱施加一个沿斜面向上的拉力,则:

(1)请在图中画出木箱受力的示意图.

(2)木箱受到的摩擦力多大?

(3)此拉力F应为多大?

正确答案

解:

(1)木箱受到重力G、支持力N、推力F、摩擦力f作用,如图所示.

(2)在垂直斜面方向上,木箱保持静止,所受合力为零,

有   N-Gcosθ=0

N=mgcosθ                       

摩擦力为 f=μN=μmgcosθ        

(3)在沿斜面方向上,木箱匀速运动,所受合力为零,

有    F-Gsinθ-f=0

推力为  F=Gsinθ+f=mg(sinθ+μcosθ)    

答:(1)如图.

(2)木箱受到的摩擦力为μmgcosθ.

(3)此拉力F应为mg(sinθ+μcosθ).

解析

解:

(1)木箱受到重力G、支持力N、推力F、摩擦力f作用,如图所示.

(2)在垂直斜面方向上,木箱保持静止,所受合力为零,

有   N-Gcosθ=0

N=mgcosθ                       

摩擦力为 f=μN=μmgcosθ        

(3)在沿斜面方向上,木箱匀速运动,所受合力为零,

有    F-Gsinθ-f=0

推力为  F=Gsinθ+f=mg(sinθ+μcosθ)    

答:(1)如图.

(2)木箱受到的摩擦力为μmgcosθ.

(3)此拉力F应为mg(sinθ+μcosθ).

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简答题

倾角为θ=30°足够长的斜面上静止质量为m=0.4kg的小物块A.为测量A与斜面间的动摩擦因数μ,某研究性学习小组设计了如图所示实验方案.用一根轻绳一端系住A,绕过固定在斜面顶端的定滑轮,另一端竖直悬挂小桶B,连接A段绳平行于斜面,绳与滑轮间的摩擦不计.现缓慢向B中加沙,直到A刚好要上滑,此时B及沙的质量为m1=0.5kg.(重力加速度g取10m/s2,结果可带根号)

(1)求μ=?

(2)若B离地高h=0.5m,绳拉直,托住B继续加沙,使B及沙的质量为m2=0.6kg,然后静止释放,B落地后不弹起,求A能沿斜面上滑的最大距离.

正确答案

解:(1)A刚好要上滑,A、B仍平衡,A受平行斜面向下的滑动摩擦力Ff,绳的弹力为F1,则对B应有:m1g=F1

对A应有:=0

联立以上两式解得:μ=

(2)B及沙的质量为m2时,绳的弹力为F2,A、B的加速度大小均为a1,则

对m2:m2g-F2=m2a

对m:F2-mgsinθ-Ff=ma

代入数据解得 a=1m/s2

B落地时,A、B的速度大小均为v,应有:2ah=v2-0

B落地后,绳松弛,A继续上滑直至速度为零,此过程中加速度大小为,则

对m:mgsinθ+μmgcosθ=m

又:2(-a‘)x=0-v2

联立以上各式解得:x=4cm

所以A上滑的最大距离L=h+x=54cm

答:(1)μ=;(2)A能沿斜面上滑的最大距离为54cm

解析

解:(1)A刚好要上滑,A、B仍平衡,A受平行斜面向下的滑动摩擦力Ff,绳的弹力为F1,则对B应有:m1g=F1

对A应有:=0

联立以上两式解得:μ=

(2)B及沙的质量为m2时,绳的弹力为F2,A、B的加速度大小均为a1,则

对m2:m2g-F2=m2a

对m:F2-mgsinθ-Ff=ma

代入数据解得 a=1m/s2

B落地时,A、B的速度大小均为v,应有:2ah=v2-0

B落地后,绳松弛,A继续上滑直至速度为零,此过程中加速度大小为,则

对m:mgsinθ+μmgcosθ=m

又:2(-a‘)x=0-v2

联立以上各式解得:x=4cm

所以A上滑的最大距离L=h+x=54cm

答:(1)μ=;(2)A能沿斜面上滑的最大距离为54cm

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简答题

在建筑装修中,工人用质量为5kg的磨石A对地面和斜壁进行打磨,已知磨石A与地面和斜壁之间的动摩擦因数µ均相同.

(1)当用水平方向的推力F1=25N推A打磨地面时,A恰好在水平地面上匀速运动,求A与地面间的动摩擦因数µ.

(2)若用A对与竖直方向夹角θ=37°为的斜壁进行打磨如图,当对A加竖直向上的推力F2=60N时,则磨石从静止开始沿斜壁向上运动2m(斜壁足够长)所需的时间为多少?(g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)

正确答案

解:(1)A恰好在水平地面上做匀速直线运动,滑动摩擦力等于推力,即

f=F1=25N

μ===0.5

(2)先将重力及向上的推力合力后,将二者的合力向垂直于斜面方向及沿斜面方向分解可得:

在沿斜面方向有:摩擦力(F-mg)cosθ-f=ma;

在垂直斜面方向上有:FN=(F-mg)sinθ;

则f=μ(F-mg)sinθ

解得:a=1m/s2

x=at2

解得t=2s

答:(1)A与地面间的动摩擦因数μ为0.5.

(2)所需时间为2 s.

解析

解:(1)A恰好在水平地面上做匀速直线运动,滑动摩擦力等于推力,即

f=F1=25N

μ===0.5

(2)先将重力及向上的推力合力后,将二者的合力向垂直于斜面方向及沿斜面方向分解可得:

在沿斜面方向有:摩擦力(F-mg)cosθ-f=ma;

在垂直斜面方向上有:FN=(F-mg)sinθ;

则f=μ(F-mg)sinθ

解得:a=1m/s2

x=at2

解得t=2s

答:(1)A与地面间的动摩擦因数μ为0.5.

(2)所需时间为2 s.

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简答题

如图所示,物体甲重20N,物体乙重100N,乙与水平桌面间的最大静摩擦力是30N,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sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)求:

(1)轻绳OA、OB受到的拉力是多大?

(2)设甲的重力可变,为使乙物体保持静止,求甲最重不能超过多少N?

正确答案

解:(1)以O点为研究对象,由受力分析可知:

轻绳OA受到的拉力:

=25N

轻绳OB受到的拉力:

F1=Gtan37°=20×0.75=15N 

(2)当乙与水平桌面间的摩擦力达到最大30N时,甲可以加到最重为G′,

此时OB绳拉力F=30N,则:

G′===40N

答:(1)轻绳OA、OB受到的拉力分别是25N、15N;

(2)甲最重不能超过40N.

解析

解:(1)以O点为研究对象,由受力分析可知:

轻绳OA受到的拉力:

=25N

轻绳OB受到的拉力:

F1=Gtan37°=20×0.75=15N 

(2)当乙与水平桌面间的摩擦力达到最大30N时,甲可以加到最重为G′,

此时OB绳拉力F=30N,则:

G′===40N

答:(1)轻绳OA、OB受到的拉力分别是25N、15N;

(2)甲最重不能超过40N.

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简答题

相距为20cm的平行金属导轨倾斜放置,导轨所在平面与水平面的夹角为θ=37°.现在导轨上放一质量为330g的金属棒ab,它与导轨间的动摩擦因数μ=0.50,整个装置处于磁感应强度B=2T的竖直向上的匀强磁场中,滑动变阻器的阻值可按要求进行调节,g取10m/s2.为保持金属棒ab处于静止状态(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力),求:

(1)ab中通入的最大电流为多少?

(2)ab中通入的最小电流为多少?

正确答案

解:(1)当ab棒恰好不沿导轨上滑时,ab中电流最大,受力如图甲所示,此时最大静摩擦力沿斜面向下,建立直角坐标系,由ab平衡可知:

x方向:Fmax=μFNcos θ+FNsin θ①

y方向:mg=FNcos θ-μFNsin θ②

由①②两式联立解得:Fmax=mg,代入数据解得Fmax=6.6 N,

由Fmax=BImaxL,有

Imax== A=16.5 A.

(2)当ab棒刚好不沿导轨下滑时,ab中电流最小,受力如图乙所示,此时最大静摩擦力Ff′=μFN′,方向沿斜面向上,建立直角坐标系,由平衡条件得:

x方向:Fmin=FN′sin θ-μFN′cos θ③

y方向:mg=μFN′sin θ+FN′cos θ④

由③④两式解得:Fmin=mg

代入数据解得Fmin=0.6 N,

由Fmin=BIminL,得Imin== A=1.5 A.

答:(1)ab中通入的最大电流为16.5A;(2)ab中通入的最小电流为1.5A.

解析

解:(1)当ab棒恰好不沿导轨上滑时,ab中电流最大,受力如图甲所示,此时最大静摩擦力沿斜面向下,建立直角坐标系,由ab平衡可知:

x方向:Fmax=μFNcos θ+FNsin θ①

y方向:mg=FNcos θ-μFNsin θ②

由①②两式联立解得:Fmax=mg,代入数据解得Fmax=6.6 N,

由Fmax=BImaxL,有

Imax== A=16.5 A.

(2)当ab棒刚好不沿导轨下滑时,ab中电流最小,受力如图乙所示,此时最大静摩擦力Ff′=μFN′,方向沿斜面向上,建立直角坐标系,由平衡条件得:

x方向:Fmin=FN′sin θ-μFN′cos θ③

y方向:mg=μFN′sin θ+FN′cos θ④

由③④两式解得:Fmin=mg

代入数据解得Fmin=0.6 N,

由Fmin=BIminL,得Imin== A=1.5 A.

答:(1)ab中通入的最大电流为16.5A;(2)ab中通入的最小电流为1.5A.

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