- 用牛顿运动定律解决问题(二)
- 共11872题
如图所示,光滑固定斜面上有一个质量为10kg的小球被轻绳拴住悬挂在天花板上,已知绳子与竖直方向的夹角为45°,斜面倾角30°,整个装置处于静止状态,(g取10m/s2);求:
(1)绳中拉力的大小和斜面对小球支持力的大小;
(2)若另外用一个外力拉小球,能够把小球拉离斜面,求最小的拉力的大小.
正确答案
解:(1)如图,水平竖直建立直角坐标系,对小球做受力分析,把不在轴上的力沿轴分解,列平衡方程如下
Tcos45°-Nsin30°=0
Tsin45°+Ncos30°-mg=0
由以上两式得:N=73.2N;T=51.8N
(2)经分析得拉力的最小值为:Fm=mgsin45°
代数解得:Fm=70.7N
答:(1)绳中拉力的大小和斜面对小球支持力的大小分别为51.8N和73.2N;
(2)若另外用一个外力拉小球,能够把小球拉离斜面,最小的拉力的大小为70.7N.
解析
解:(1)如图,水平竖直建立直角坐标系,对小球做受力分析,把不在轴上的力沿轴分解,列平衡方程如下
Tcos45°-Nsin30°=0
Tsin45°+Ncos30°-mg=0
由以上两式得:N=73.2N;T=51.8N
(2)经分析得拉力的最小值为:Fm=mgsin45°
代数解得:Fm=70.7N
答:(1)绳中拉力的大小和斜面对小球支持力的大小分别为51.8N和73.2N;
(2)若另外用一个外力拉小球,能够把小球拉离斜面,最小的拉力的大小为70.7N.
试研究长度为l、横截面积为S,单位体积自由电子数为n的均匀导体中电流的流动,在导体两端加上电压U,于是导体中有匀强电场产生,在导体内移动的自由电子(-e)受匀强电场作用而加速.而和做热运动的阳离子碰撞而减速,这样边反复进行边向前移动,可以认为阻碍电子运动的阻力大小与电子移动的平均速度v成正比,其大小可以表示成kv(k是常数).
(1)电场力和碰撞的阻力相平衡时,导体中电子的速率v成为一定值,这时v为______;
(2)设自由电子在导体中以一定速率v运动时,该导体中所流过的电流是______;
(3)该导体电阻的大小为______(用k、l、n、s、e表示).
正确答案
解:(1)导体中的电场强度为:E=,
电子受到的电场力为:F=eE=,
电子受到的阻力为:f=kv,
当电场力和碰撞的阻力相平衡时有:F=f,
即:=kv,
所以有:v=
(2)由电流的微观表达式可得:
I=nves;
(3)由欧姆定律可知:
R==
=
;
故答案为:(1);(2)nevs;(3)
.
解析
解:(1)导体中的电场强度为:E=,
电子受到的电场力为:F=eE=,
电子受到的阻力为:f=kv,
当电场力和碰撞的阻力相平衡时有:F=f,
即:=kv,
所以有:v=
(2)由电流的微观表达式可得:
I=nves;
(3)由欧姆定律可知:
R==
=
;
故答案为:(1);(2)nevs;(3)
.
如图所示,在倾角α=60°的斜面上,放一质量为1 0kg的物体,用k=100N/m的轻质弹簧平行于斜面拉着,物体放在PQ之间任何位置都能处于静止状态,而超过这一范围,物体就会沿斜面滑动,若AP=22cm,AQ=8cm.
(1)物体在P处时,摩擦力的方向如何?
(2)试求物体与斜面间的最大静摩擦力的大小?
正确答案
解:P、Q两点应是静摩擦力最大的两个临界位置,在P点弹簧处于伸长状态,受力分析如图(1)所示:
根据共点力平衡条件,有:
Ffm=F1-mgsinα ①
在Q点弹簧处于压缩状态,受力分析如图(2)所示,根据共点力平衡条件,有:
Ffm=F2+mgsinα ②
设弹簧的原长为x,有:
F1=k(0.22-x) ③
F2=k(x-0.08)④
联立①②③④得:
2Ffm=F1+F2=k(0.22-0.08)
所以Ffm=×100×0.14 N=7 N.
答:(1)物体在P处时,摩擦力的方向平行斜面向下;
(2)物体与斜面间的最大静摩擦力的大小为7N.
解析
解:P、Q两点应是静摩擦力最大的两个临界位置,在P点弹簧处于伸长状态,受力分析如图(1)所示:
根据共点力平衡条件,有:
Ffm=F1-mgsinα ①
在Q点弹簧处于压缩状态,受力分析如图(2)所示,根据共点力平衡条件,有:
Ffm=F2+mgsinα ②
设弹簧的原长为x,有:
F1=k(0.22-x) ③
F2=k(x-0.08)④
联立①②③④得:
2Ffm=F1+F2=k(0.22-0.08)
所以Ffm=×100×0.14 N=7 N.
答:(1)物体在P处时,摩擦力的方向平行斜面向下;
(2)物体与斜面间的最大静摩擦力的大小为7N.
(2015秋•淄博期末)如图所示,物体GA=40N,物体GB=20N,A与B、B与地的动摩擦因数相同μ=0.2,物体B用细绳系住,现在用水平力F拉物体A,求这个水平力F至少要多大才能将A匀速拉出?
正确答案
解:物体B对A压力 FN2=GB=20N,AB间的滑动摩擦力 Ff2=μFN2=0.2×20=4N
地面对A的支持力 FN1=GA+GB=60N,
因此A受地面的摩擦力:Ff1=μFN1=0.2×60N=12N
以A物体为研究对象,其受力情况如图所示:
由平衡条件得:F=Ff1+Ff2=4N+12N=16N
答:这个水平力F至少要16N才能将A匀速拉出.
解析
解:物体B对A压力 FN2=GB=20N,AB间的滑动摩擦力 Ff2=μFN2=0.2×20=4N
地面对A的支持力 FN1=GA+GB=60N,
因此A受地面的摩擦力:Ff1=μFN1=0.2×60N=12N
以A物体为研究对象,其受力情况如图所示:
由平衡条件得:F=Ff1+Ff2=4N+12N=16N
答:这个水平力F至少要16N才能将A匀速拉出.
如图所示,在光滑的水平杆上穿两个重均为2N的球A、B,在两球之间夹一弹簧,弹簧的劲度系数为10N/m,用两条等长的线将球C与A、B相连,此时弹簧被压短10cm,两条线的夹角为60°,求:
(1)杆对A球支持力大小;
(2)C球重力大小.
正确答案
解:根据胡克定律得,弹簧的弹力大小为:
F=kx=10×0.1N=1N
分析A球的受力情况,如图所示,根据平衡条件得:
Tcos60°=F
N=G+Tsin60°
解得:
T=2N
N=(2+)N
对C球:
2Tsin60°=GC
解得:
GC=2N
答:(1)杆对A球支持力大小为(2+)N;
(2)C球重力大小为2N.
解析
解:根据胡克定律得,弹簧的弹力大小为:
F=kx=10×0.1N=1N
分析A球的受力情况,如图所示,根据平衡条件得:
Tcos60°=F
N=G+Tsin60°
解得:
T=2N
N=(2+)N
对C球:
2Tsin60°=GC
解得:
GC=2N
答:(1)杆对A球支持力大小为(2+)N;
(2)C球重力大小为2N.
当物体从高空下落时,空气阻力(不计空气的浮力)会随物体的速度增大而增大,因此经过一段距离后将匀速下落,这个速度称为此物体下落的终极速度.研究发现,在相同环境条件下,球形物体的终极速度仅与球的半径和质量有关(g取10m/s2)下表是某次研究的实验数据:
(1)根据表中的数据,求出C球与D球在达到终极速度时所受的空气阻力之比fC:fD
(2)根据表中的数据,归纳出球形物体所受空气阻力f与球的终极速度v及球的半径r的关系,写出表达式并求出比例系数.
正确答案
解:(1)球在达到终极速度时为平衡状态.
空气阻力f=mg
空气阻力之比fC:fD=mC:mD=1:9
(2)对于每个球,在达到终极速度时,阻力与质量成正比.
对于A、B球,半径相同,由A、B球数据可知,质量与终极速度成正比,从而可得,阻力与终极速度成正比.
同理由B、D两球数据分析可知阻力与半径的平方成正比;
可得 f=Kvr2
对A、B、C、D四球都可得:k==50 NS/m3
答:(1)C球与D球在达到终极速度时所受的空气阻力之比为1:9;
(2)球形物体所受空气阻力f与球的终极速度v及球的半径r的关系为f=Kvr2,比例系数为50 NS/m3.
解析
解:(1)球在达到终极速度时为平衡状态.
空气阻力f=mg
空气阻力之比fC:fD=mC:mD=1:9
(2)对于每个球,在达到终极速度时,阻力与质量成正比.
对于A、B球,半径相同,由A、B球数据可知,质量与终极速度成正比,从而可得,阻力与终极速度成正比.
同理由B、D两球数据分析可知阻力与半径的平方成正比;
可得 f=Kvr2
对A、B、C、D四球都可得:k==50 NS/m3
答:(1)C球与D球在达到终极速度时所受的空气阻力之比为1:9;
(2)球形物体所受空气阻力f与球的终极速度v及球的半径r的关系为f=Kvr2,比例系数为50 NS/m3.
如图所示,用一根绝缘轻绳悬挂一个带电小球,小球的质量为m=1.0×10-2kg.现加一水平方向向左的匀强电场,场强E=3.0×106N/C,平衡时绝缘线与竖直方向的夹角θ为30°.
求:(1)小球带何种电荷,电荷量为多大; (g取10m/s2)
(2)如果绳子突然断了,小球如何运动,加速度多大.
正确答案
解:(1)因为电场力F方向向左,故小球带正电.
受力分析如图:由小球受力平衡有:F=mgtan30°…①
F=Eq…②
联立①②解得:
(2)绳子断了小球将沿着绳子的方向向斜下方做匀加速直线运动=
m/s2
答:(1)小球带何种电荷,电荷量为多大1.9×10-8C;
(2)如果绳子突然断了,小球将匀加速直线运动,加速度为m/s2.
解析
解:(1)因为电场力F方向向左,故小球带正电.
受力分析如图:由小球受力平衡有:F=mgtan30°…①
F=Eq…②
联立①②解得:
(2)绳子断了小球将沿着绳子的方向向斜下方做匀加速直线运动=
m/s2
答:(1)小球带何种电荷,电荷量为多大1.9×10-8C;
(2)如果绳子突然断了,小球将匀加速直线运动,加速度为m/s2.
(2015秋•邢台期末)如图所示,电灯的质量G=6N,AO绳与顶板间的夹角θ=53°,BO绳水平,取g=10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6.求AO绳所受拉力的大小F1及BO绳所受拉力的大小F2.
正确答案
解:以结点O为研究对象,对物体所受的重力进行分解,如图所示:
根据平衡条件得:
,
.
答:AO绳所受拉力的大小F1为7.5N,BO绳所受拉力的大小F2为4.5N.
解析
解:以结点O为研究对象,对物体所受的重力进行分解,如图所示:
根据平衡条件得:
,
.
答:AO绳所受拉力的大小F1为7.5N,BO绳所受拉力的大小F2为4.5N.
如图所示,AO是具有一定质量的均匀细杆,可绕O点在竖直平面内自由转动.细杆上的P点与放在水平桌面上的圆柱体接触,圆柱体靠在竖直的挡板上而保持平衡.已知杆的倾角θ=60°,圆柱体的重力大小为G,竖直挡板对圆柱体的压力大小为2G,各处的摩擦都不计,试回答下列问题:
(1)作出圆柱体的受力分析图;
(2)通过计算求出圆柱体对均匀细杆AO的作用力的大小和水平地面对圆柱体作用力的大小.
正确答案
解:(1)圆柱体受到重力、挡板的弹力、杆的压力和地面的支持力,作出受力分析图,如图.
(2)竖直档板对球的压力大小N2=2G,根据平衡条件得:
N3sinθ=N2,
代入数据解得:N3=
由牛顿第三定律求解圆柱体对均匀细杆AO的作用力的大小为:
N3′=N3=.
由竖直方向平衡得:
N1=G+N3cosθ=
答:(1)作出圆柱体的受力分析图如图.
(2)圆柱体对均匀细杆AO的作用力的大小是,水平地面对圆柱体作用力的大小是
.
解析
解:(1)圆柱体受到重力、挡板的弹力、杆的压力和地面的支持力,作出受力分析图,如图.
(2)竖直档板对球的压力大小N2=2G,根据平衡条件得:
N3sinθ=N2,
代入数据解得:N3=
由牛顿第三定律求解圆柱体对均匀细杆AO的作用力的大小为:
N3′=N3=.
由竖直方向平衡得:
N1=G+N3cosθ=
答:(1)作出圆柱体的受力分析图如图.
(2)圆柱体对均匀细杆AO的作用力的大小是,水平地面对圆柱体作用力的大小是
.
如图所示,质量为2kg的滑块A静止在木板B上,现施加一水平外力F使A恰好能在木板B上匀速运动,已知木板B质量为4kg,滑块与木板、木板与地面间的动摩擦因数均为0.4,B始终处于静止状态,取g=10m/s2;
(1)分别对A、B两物体受力分析;
(2)求外力F的大小;
(3)求A做匀速直线运动过程中B所受到的地面的摩擦力大小和方向.
正确答案
解:(1)对物体A受力分析,受拉力、重力、支持力和滑动摩擦力;
对物体B受力分析,受重力、A对B向下的压力、地面的支持力、A对B向右的滑动摩擦力,地面对B向左的静摩擦力;
(2)对物体A,根据共点力平衡条件,有:
F=μmg=0.4×2×10=8N
(3)对物体B,水平方向受力平衡,故:
f2=f1=μmg=0.4×2×10=8N
方向水平向左
答:(1)如图所示;
(2)外力F的大小为8N;
(3)物体A做匀速直线运动过程中,B所受到的地面的摩擦力大小为8N,方向水平向左.
解析
解:(1)对物体A受力分析,受拉力、重力、支持力和滑动摩擦力;
对物体B受力分析,受重力、A对B向下的压力、地面的支持力、A对B向右的滑动摩擦力,地面对B向左的静摩擦力;
(2)对物体A,根据共点力平衡条件,有:
F=μmg=0.4×2×10=8N
(3)对物体B,水平方向受力平衡,故:
f2=f1=μmg=0.4×2×10=8N
方向水平向左
答:(1)如图所示;
(2)外力F的大小为8N;
(3)物体A做匀速直线运动过程中,B所受到的地面的摩擦力大小为8N,方向水平向左.
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