• 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

(2015秋•保山校级期末)如图是一种测定风力的仪器的原理图,一金属球固定在一细长的轻金属丝下端,能绕悬挂点O在竖直平面内转 动,无风时金属丝自然下垂,现发现水平风力大小为F时,金属丝偏离竖直方向的角度为θ,求:

(1)金属球对金属丝的拉力的大小;

(2)金属球的质量为多少?

正确答案

解:(1)对金属球受力分析如图,由力的平衡条件得金属丝对金属球的拉力:T=

由牛顿第三定律得金属球对金属丝的拉力为:T′=T=

(2)由力的平衡条件得:mg=Fcotθ

所以,金属球的质量为:m=

答:(1)金属球对金属丝的拉力的大小为

(2)金属球的质量为为

解析

解:(1)对金属球受力分析如图,由力的平衡条件得金属丝对金属球的拉力:T=

由牛顿第三定律得金属球对金属丝的拉力为:T′=T=

(2)由力的平衡条件得:mg=Fcotθ

所以,金属球的质量为:m=

答:(1)金属球对金属丝的拉力的大小为

(2)金属球的质量为为

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简答题

如图所示,灯重G=20N,AO与天花板间夹角α=30°,BO水平,试求AO,BO两绳受到的拉力各为多大?

正确答案

解:将电灯所受的重力G按效果沿两个绳子方向进行分解,如图.

  根据平衡条件结合几何知识得:FOA=F1==2G=40N

FOB=F2==20N=34.6N

答:AO,BO两绳受到的拉力分别为40N、34.6N.

解析

解:将电灯所受的重力G按效果沿两个绳子方向进行分解,如图.

  根据平衡条件结合几何知识得:FOA=F1==2G=40N

FOB=F2==20N=34.6N

答:AO,BO两绳受到的拉力分别为40N、34.6N.

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如图所示,ABCD为一倾角θ=30°的粗糙斜面,其中AD边与BC边平行,斜面上有一重10N的物体,当对物体施加一个与AD边平行的拉力F时,物体恰能做匀速直线运动,已知物体与斜面间的动摩擦因数μ=,求力F的大小以及物体运动方向与力F方向间的夹角α.

正确答案

解:垂直于斜面方向上,物体对斜面的压力N=Gcosθ,在斜面所在平面上,滑块受力为拉力F,摩擦力f和重力的分力Gsinθ,

根据物体的平衡条件由:μN=

解得:F=5N

tanα==1

故α=45°

答:力F的大小以为5N,物体运动方向与力F方向间的夹角α为45°.

解析

解:垂直于斜面方向上,物体对斜面的压力N=Gcosθ,在斜面所在平面上,滑块受力为拉力F,摩擦力f和重力的分力Gsinθ,

根据物体的平衡条件由:μN=

解得:F=5N

tanα==1

故α=45°

答:力F的大小以为5N,物体运动方向与力F方向间的夹角α为45°.

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简答题

用绳AB和AC吊起一重物,绳AB、AC与水平方向夹角分别为60°和30°,如图,绳AB能承受的最大拉力为150N,而绳AC能承受的最大拉力为120N,则所挂重物的重力最大为多少?

正确答案

解:假设绳均不被拉断.以结点A为研究对象,分析受力如图.

装置静止时,F=G

由平衡条件知,TAB和TAC的合力与F等大、反向、共线,作出力的合成图.则得

  TAC=TABtan30°=TAB

若TAB=150N,可得 TAC=50N<120N

所以随着物体重力的增加,AB绳的拉力先达到最大值,此时物体的重力最大,为

   Gmax=F===100N

答:所挂重物的重力最大为100N.

解析

解:假设绳均不被拉断.以结点A为研究对象,分析受力如图.

装置静止时,F=G

由平衡条件知,TAB和TAC的合力与F等大、反向、共线,作出力的合成图.则得

  TAC=TABtan30°=TAB

若TAB=150N,可得 TAC=50N<120N

所以随着物体重力的增加,AB绳的拉力先达到最大值,此时物体的重力最大,为

   Gmax=F===100N

答:所挂重物的重力最大为100N.

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在光滑的墙壁上用网把足球挂在A点,足球与墙壁的接触点为B,足球的质量为m,悬线与墙壁的夹角为α,网的质量不计,

(1)求悬线对球的拉力的大小和墙壁对球的支持力的大小.

(2)分析讨论当悬线缩短时,线的拉力和墙壁对球的支持力的大小如何变化.

正确答案

解:(1)足球受重力、拉力和支持力平衡,受力如图:

运用合成法,根据平衡条件,有:

 T=

 N=mgtana ②

(2)当悬线缩短时,细线与竖直方向的夹角α增大,cosα减小,tanα增大,根据①②式知,T和N都增大.

答:

(1)悬绳对足球的拉力为T=,墙壁对球的支持力的大小为mgtana;

(2)当悬线缩短时,线的拉力和墙壁对球的支持力的大小都增大.

解析

解:(1)足球受重力、拉力和支持力平衡,受力如图:

运用合成法,根据平衡条件,有:

 T=

 N=mgtana ②

(2)当悬线缩短时,细线与竖直方向的夹角α增大,cosα减小,tanα增大,根据①②式知,T和N都增大.

答:

(1)悬绳对足球的拉力为T=,墙壁对球的支持力的大小为mgtana;

(2)当悬线缩短时,线的拉力和墙壁对球的支持力的大小都增大.

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如图所示,相距4m的两根柱子上拴着一根5m长的细绳,细绳上有一光滑的小滑轮,吊着180N的重物,静止时AO、BO绳所受的拉力各是多大?

正确答案

解:设滑轮两侧绳子与竖直方向的夹角为α,绳子的长度为L,两根柱子间的距离为S,根据几何知识和对称性,得:

  sinα==,则 cosα===

以小球和重物整体为研究对象,分析受力如图.根据平衡条件得:

  2Fcosα=G

则 F==N=150N

答:静止时AO、BO绳所受的拉力各是150N

解析

解:设滑轮两侧绳子与竖直方向的夹角为α,绳子的长度为L,两根柱子间的距离为S,根据几何知识和对称性,得:

  sinα==,则 cosα===

以小球和重物整体为研究对象,分析受力如图.根据平衡条件得:

  2Fcosα=G

则 F==N=150N

答:静止时AO、BO绳所受的拉力各是150N

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如图所示,质量为2kg的均匀杆A端固定于光滑铰链上,另一端B搁在质量为4kg的长方形木块上,杆与竖直方向成37°角.现用一水平力F向右拉木块,使木块匀速运动,若杆与木块间的滑动摩擦因数为0.25,木块与水平面间光滑,则木块对杆的弹力大小为______N,拉力F的大小为______N(小数点后保留两位).(sin37°=0.6,g取10m/s2

正确答案

解:以棒为研究对象,以A转轴,由力矩平衡条件:

mg•sin37°=FN•lsin37°+f•lcos37° ①

又:f=μFN ②

解得:FN=7.5N,f=1.875N

木块受力平衡:F=f=1.875N≈1.88N

故答案为:7.5,1.88.

解析

解:以棒为研究对象,以A转轴,由力矩平衡条件:

mg•sin37°=FN•lsin37°+f•lcos37° ①

又:f=μFN ②

解得:FN=7.5N,f=1.875N

木块受力平衡:F=f=1.875N≈1.88N

故答案为:7.5,1.88.

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简答题

如图所示,重力为G的电灯用细线AO、BO吊起,处于静止状态,其中AO水平,BO与水平方向的夹角为θ,求细线AO对电灯的拉力F1和细线BO对电灯的拉力F2分别为多大.

正确答案

解:将电灯所受的重力G沿两个绳子方向进行分解,如图:

由几何知识得:

F1=

F2=

答:细线AO对电灯的拉力F1,细线BO对电灯的拉力F2

解析

解:将电灯所受的重力G沿两个绳子方向进行分解,如图:

由几何知识得:

F1=

F2=

答:细线AO对电灯的拉力F1,细线BO对电灯的拉力F2

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如图所示,拉杆箱是由拉杆和箱子构成的交通旅游工具.设箱子的质量为m,拉杆质量可忽略.箱子与水平地面之间的动摩擦因数为常数μ,重力加速度为g.某同学在水平地面上拉动拉杆箱,设拉力的方向沿拉杆方向,拉杆与水平方向的夹角为θ.

(1)若箱子在水平地面上匀速移动,求拉力的大小;

(2)已知θ存在一临界角θ0,若θ=θ0,则箱子在水平地面上匀速移动时,拉力有最小值,求这一临界角的正切tanθ0和对应的拉力最小值.

正确答案

解:(1)设该同学沿拉杆方向用大小为F的力拉箱子,地面对箱子的支持力为F1、摩擦力为F2

由平衡条件得:Fsinθ+F1=mg…①

Fcosθ=F2…②

由摩擦定律得:F2=μF1…③

联立①②③式得:F=

(2)当θ=θ0时,F= 

要使拉力有最小值,则(μsinθ0+cosθ0)应有最大值,

令x=μsinθ0+cosθ0=μsinθ0+cosθ0

设sinα=,cosα=,则x=sin(θ0+α)

当θ0+α=时,x存在最大值xm=

对应的拉力F的最小值为:Fmin=

对应的角度有:tanθ0=μ    

答:(1)若箱子在水平地面上匀速移动,拉力的大小

(2)已知θ存在一临界角θ0,若θ=θ0,则箱子在水平地面上匀速移动时,拉力有最小值,这一临界角的正切tanθ0为μ对应的拉力最小值为

解析

解:(1)设该同学沿拉杆方向用大小为F的力拉箱子,地面对箱子的支持力为F1、摩擦力为F2

由平衡条件得:Fsinθ+F1=mg…①

Fcosθ=F2…②

由摩擦定律得:F2=μF1…③

联立①②③式得:F=

(2)当θ=θ0时,F= 

要使拉力有最小值,则(μsinθ0+cosθ0)应有最大值,

令x=μsinθ0+cosθ0=μsinθ0+cosθ0

设sinα=,cosα=,则x=sin(θ0+α)

当θ0+α=时,x存在最大值xm=

对应的拉力F的最小值为:Fmin=

对应的角度有:tanθ0=μ    

答:(1)若箱子在水平地面上匀速移动,拉力的大小

(2)已知θ存在一临界角θ0,若θ=θ0,则箱子在水平地面上匀速移动时,拉力有最小值,这一临界角的正切tanθ0为μ对应的拉力最小值为

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简答题

如图所示,用F=30N的力将一个质量m=2kg的木块推着沿竖直墙壁匀速上滑,力F与竖直墙壁的夹角为θ=37°,求木块与墙间的动摩擦因素.(sin37°=0.6,cos37°=0.8,取g=10m/s2

正确答案

解:对滑块受力分析,如图所示;

根据共点力平衡条件,有:

x方向:Fsinθ-N=0

y方向:Fcosθ-f-mg=0

其中:f=μN

得:μ=

答:木块与墙间的动摩擦因素为

解析

解:对滑块受力分析,如图所示;

根据共点力平衡条件,有:

x方向:Fsinθ-N=0

y方向:Fcosθ-f-mg=0

其中:f=μN

得:μ=

答:木块与墙间的动摩擦因素为

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