- 用牛顿运动定律解决问题(二)
- 共11872题
有一质量为2kg的物块被一根轻弹簧悬吊在空中处于静止状态,弹簧伸长了5cm.求:(1)弹簧的劲度系数.(2)如图若在物块下方再施加两个大小都为10N的拉力,已知这两个拉力在同一竖直面内且与竖直方向的夹角都为45°,则稳定后弹簧的伸长量变为多少?(答案可以带根号)
正确答案
解:(1)物体对弹簧的拉力等于重力,故劲度系数为:
k=
( 2 )两个拉力F的合力:
F′=10N
故物体对弹簧的拉力等于重力mg和F′的和,根据胡克定律,有:
x′==(
)m
答:(1)弹簧的劲度系数为400N/m;
(2)稳定后弹簧的伸长量变为()m.
解析
解:(1)物体对弹簧的拉力等于重力,故劲度系数为:
k=
( 2 )两个拉力F的合力:
F′=10N
故物体对弹簧的拉力等于重力mg和F′的和,根据胡克定律,有:
x′==(
)m
答:(1)弹簧的劲度系数为400N/m;
(2)稳定后弹簧的伸长量变为()m.
如图所示,两个质量均为m的小环套在一水平放置的粗糙长杆上,两根长度均为l的轻绳一端系在小环上,另一端系在质量为M的木块上,两个小环之间的距离也为l,小环保持静
止.(认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力).试求:
(1)每根绳的拉力多大;
(2)水平杆对每个小环的支持力;
(3)小环与杆之间的动摩擦因数μ至少为多大?
正确答案
解:(1)设每根绳的拉力为对FT,对M由平衡条件得:
2FTcos 30°-Mg=0
解得:FT=
(2)对两小环和木块整体,设对每个环的支持力为FN;由平衡条件得:
2FN-(M+2m)g=0
解得:FN=Mg+mg
(3)小环刚好不滑动,此时小环受到的静摩擦力达到最大值等于滑动摩擦力.
对一个小环则有:FTsin 30°-μFN=0
解得动摩擦因数μ至少为:μ=
答:(1)每根绳的拉力为;
(2)水平杆对每个小环的支持力为Mg+mg;
(3)小环与杆之间的动摩擦因数μ至少为.
解析
解:(1)设每根绳的拉力为对FT,对M由平衡条件得:
2FTcos 30°-Mg=0
解得:FT=
(2)对两小环和木块整体,设对每个环的支持力为FN;由平衡条件得:
2FN-(M+2m)g=0
解得:FN=Mg+mg
(3)小环刚好不滑动,此时小环受到的静摩擦力达到最大值等于滑动摩擦力.
对一个小环则有:FTsin 30°-μFN=0
解得动摩擦因数μ至少为:μ=
答:(1)每根绳的拉力为;
(2)水平杆对每个小环的支持力为Mg+mg;
(3)小环与杆之间的动摩擦因数μ至少为.
重为40N的物体与竖直墙面间的动摩擦因数为μ=0.4,若用斜向上的推力F=50N支撑住物体,物体处于静止状态,如图所示.这时物体受到的摩擦力是多少牛?要使物体匀速下滑,推力的方向不变,则大小应变为多大?(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)
正确答案
解:(1)对物体静止时受力分析并正交分解:
则:F1=Fsin37°=30N
F2=Fcos37°=40N
在竖直方向上:
Ff+F1=G,代入数据得:
Ff=10N
(2)物体能匀速下滑时.
根据竖直方向的平衡,有
G-F′sin37°-Ff′=0…①
根据水平方向的平衡,有
FN′=F2′=F′cos37°… ②
又:Ff′=μFN′…③
代入数据解得:F′=43.5N
答:(1)静止物体受到的摩擦力是10N.
(2)物体匀速下滑,推力F的大小应变为43.5N.
解析
解:(1)对物体静止时受力分析并正交分解:
则:F1=Fsin37°=30N
F2=Fcos37°=40N
在竖直方向上:
Ff+F1=G,代入数据得:
Ff=10N
(2)物体能匀速下滑时.
根据竖直方向的平衡,有
G-F′sin37°-Ff′=0…①
根据水平方向的平衡,有
FN′=F2′=F′cos37°… ②
又:Ff′=μFN′…③
代入数据解得:F′=43.5N
答:(1)静止物体受到的摩擦力是10N.
(2)物体匀速下滑,推力F的大小应变为43.5N.
在密立根油滴实验中,测出某油滴所受的重力为1.8×10-9N,当电场强度为4.0×104N/C时,油滴竖直向下做匀速直线运动,如图所示.求:
(1)该油滴所带电荷量是多少?
(2)该油滴中含有多少个多余的电子?
正确答案
解:(1)该油滴竖直向下做匀速直线运动,受重力和电场力,二力平衡,根据平衡条件,有:
mg=F=qE
所以:q==
C=4.5×10-14C
(2)元电荷电量:e=1.6×10-19C
所以,元电荷倍数N:N==
个=2.8×105个
答:(1)该油滴所带电荷量是4.5×10-14C;
(2)该油滴所带电荷量是元电荷e的2.8×105倍.
解析
解:(1)该油滴竖直向下做匀速直线运动,受重力和电场力,二力平衡,根据平衡条件,有:
mg=F=qE
所以:q==
C=4.5×10-14C
(2)元电荷电量:e=1.6×10-19C
所以,元电荷倍数N:N==
个=2.8×105个
答:(1)该油滴所带电荷量是4.5×10-14C;
(2)该油滴所带电荷量是元电荷e的2.8×105倍.
用一条绝缘轻绳悬挂一个带电小球,小球质量为1.0×10-2kg,所带电荷量为+2.0×10-8C.现加一水平方向的匀强电场,平衡时绝缘绳与竖直线成30°角,绳长L=0.2m,
(1)求这个匀强电场的电场强度大小
(2)突然剪断轻绳,小球做什么运动?加速度大小和方向如何?
(3)若将小球拉到竖直位置a由静止释放求它到图示位置时速度大小.
正确答案
解:(1)根据共点力平衡得,qE=mgtan30°
解得E=N/C.
(2)突然剪断轻绳,小球受重力和电场力,初速度为零,做匀加速直线运动.
.
则加速度a=,与绳子拉力方向相反.
(3)根据动能定理得,-0
代入数据解得v=0.77m/s.
答:(1)这个匀强电场的电场强度大小为.
(2)小球做匀加速直线运动,加速度大小为m/s2.方向与绳子拉力方向相反.
(3)小球拉到竖直位置a由静止释放求它到图示位置时速度大小为0.77m/s.
解析
解:(1)根据共点力平衡得,qE=mgtan30°
解得E=N/C.
(2)突然剪断轻绳,小球受重力和电场力,初速度为零,做匀加速直线运动.
.
则加速度a=,与绳子拉力方向相反.
(3)根据动能定理得,-0
代入数据解得v=0.77m/s.
答:(1)这个匀强电场的电场强度大小为.
(2)小球做匀加速直线运动,加速度大小为m/s2.方向与绳子拉力方向相反.
(3)小球拉到竖直位置a由静止释放求它到图示位置时速度大小为0.77m/s.
(2015秋•徐州期末)如图所示,质量m1=1kg的物块A,悬挂在绳OP和OQ的结点上,OP绳水平,OQ绳与竖直方向的夹角为60°,跨过光滑定滑轮与斜面上质量为m2=3kg的物块B相连,斜面倾角为30°,斜面及物块A、B均保持静止.求:
(1)绳OQ的拉力大小;
(2)斜面对物块B的支持力与摩擦力的大小.
正确答案
解:(1)以结点O为研究对象,受力如图并正交分解,
据平衡条件有
x:F1-Fsin60°=0 ①
y:Fcos60°-m1g=0 ②
由②解得:
代入①解得:N
(2)物块B受力如图并正交分解,
据平衡条件有
x:F-m2gsin30°-f=0
解得:,方向:沿斜面向下
y方向:
答:(1)绳OQ的拉力大小是N;
(2)斜面对物块B的支持力是10N,摩擦力的大小是10N.
解析
解:(1)以结点O为研究对象,受力如图并正交分解,
据平衡条件有
x:F1-Fsin60°=0 ①
y:Fcos60°-m1g=0 ②
由②解得:
代入①解得:N
(2)物块B受力如图并正交分解,
据平衡条件有
x:F-m2gsin30°-f=0
解得:,方向:沿斜面向下
y方向:
答:(1)绳OQ的拉力大小是N;
(2)斜面对物块B的支持力是10N,摩擦力的大小是10N.
(2015秋•柳州期末)如图所示,质量60kg的人通过定滑轮拉住质量为20kg的物体,绳与水平面成53°角.物体保持静止,不计滑轮与绳之间的摩擦,求:(g取10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6)
(1)人所施加的拉力大小;
(2)地面对人的支持力;
(3)人受地面的摩擦力大小.
正确答案
解:(1)分别对物体和人受力分析如图:
由于物体处于静止,根据平衡条件,人所施加的拉力大小为:
T=mg=20×10=200N,
(2、3)由于人处于静止,根据平衡条件得:
Tcos53°=f
Tsin53°+N=Mg
解得:f=120N
N=440N
答:(1)人所施加的拉力大小为200N;
(2)地面对人的支持力为440N;
(3)人受地面的摩擦力大小为120N.
解析
解:(1)分别对物体和人受力分析如图:
由于物体处于静止,根据平衡条件,人所施加的拉力大小为:
T=mg=20×10=200N,
(2、3)由于人处于静止,根据平衡条件得:
Tcos53°=f
Tsin53°+N=Mg
解得:f=120N
N=440N
答:(1)人所施加的拉力大小为200N;
(2)地面对人的支持力为440N;
(3)人受地面的摩擦力大小为120N.
沿水平方向的场强为E=8.66×103v/m的足够大的匀强电场中,用绝缘细线系一个质量m=6.0g的带电小球,线的另一端固定于O点,平衡时悬线与竖直方向成30°角,如图所示,求:
(1)小球所带的电量
(2)剪断细线小球怎样运动,加速度多大?(g取10m/s2)
正确答案
解:(1)对小球受力分析,受到重力、电场力和细线的拉力,如图
根据共点力平衡条件,有
=
qE=mgtan30°
解得
即小球所带的电量为4×10-6C.
(2)剪断细线后,重力和电场力不变,故合力沿着之前细线的反方向,大小为
根据牛顿第二定律,有
=ma
解得
a=
即剪断细线小球将沿着细线反方向做匀加速直线运动,加速度为.
解析
解:(1)对小球受力分析,受到重力、电场力和细线的拉力,如图
根据共点力平衡条件,有
=
qE=mgtan30°
解得
即小球所带的电量为4×10-6C.
(2)剪断细线后,重力和电场力不变,故合力沿着之前细线的反方向,大小为
根据牛顿第二定律,有
=ma
解得
a=
即剪断细线小球将沿着细线反方向做匀加速直线运动,加速度为.
(2015秋•辽源期末)如图所示,两平等金属导轨间的距离L=0.2m,金属导轨所在的平面与水平面夹角为θ=37°,在导轨所在平面内,分布着感应强度B=2.0T、方向垂直导轨所在平面的匀强磁场,金属导轨的一端接有电动势E=5V、内阻r=2.0Ω直流电源,现把一个质量m=0.5kg的导体棒ab放在金属导轨上,导体棒恰好静止,导体棒与金属导轨垂直且接触良好,导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R=3.0Ω,金属导轨电阻不计,g取10m/s2.已知sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:
(1)通过导体棒的电流;
(2)导体棒受到的安培力大小;
(3)导体受到的摩擦力.
正确答案
解:(1)导体棒、金属导轨和直流电源构成闭合电路,根据闭合电路欧姆定律有:I==
=1.0A
(2)导体棒受到的安培力:F安=BIL=2.0×1.0×0.2=0.4N
(3)导体棒所受重力沿斜面向下的分力为:F1=mg sin37°=3.0N
由于F1大于安培力,故导体棒受沿斜面向上的摩擦力f,根据共点力平衡条件有:
mg sin37°=F安+f
解得:f=2.6N
答:(1)通过导体棒的电流是1.0A;
(2)导体棒受到的安培力大小是3.0N;
(3)导体受到的摩擦力是2.6N.
解析
解:(1)导体棒、金属导轨和直流电源构成闭合电路,根据闭合电路欧姆定律有:I==
=1.0A
(2)导体棒受到的安培力:F安=BIL=2.0×1.0×0.2=0.4N
(3)导体棒所受重力沿斜面向下的分力为:F1=mg sin37°=3.0N
由于F1大于安培力,故导体棒受沿斜面向上的摩擦力f,根据共点力平衡条件有:
mg sin37°=F安+f
解得:f=2.6N
答:(1)通过导体棒的电流是1.0A;
(2)导体棒受到的安培力大小是3.0N;
(3)导体受到的摩擦力是2.6N.
某学习小组在测量一轻绳的最大张力实验中,利用了简易实验器材:
一根轻绳,一把直尺,一已知质量为m的钩码.实验步骤如下:
①用直尺测量出轻绳长度L.
②将轻绳一端A固定,钩码挂在轻绳上,缓慢水平移动轻绳另一端B至轻绳恰好被拉断,如图所示.
③用直尺测量出A、B间距离d.已知当地重力加速度为g,钩码挂钩光滑利用测量所得数据可得轻绳的最大张力T=______.
正确答案
解:对物体受力分析,受重力和两根细线的拉力,如图所示:
根据共点力平衡条件,有:
2Tcosθ=mg
其中:cosθ=
解得:T==
故答案为:.
解析
解:对物体受力分析,受重力和两根细线的拉力,如图所示:
根据共点力平衡条件,有:
2Tcosθ=mg
其中:cosθ=
解得:T==
故答案为:.
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