- 用牛顿运动定律解决问题(二)
- 共11872题
如图所示,质量为m1=10kg的滑块置于一粗糙的斜面上,斜面的倾角为37°,用一平行于斜面的大小为80 N的力F推滑块,滑块沿斜面向上匀速运动,斜面体质量m2=20 kg,且始终静止,取g=10 N/kg,求:
(1)斜面对滑块的摩擦力大小;
(2)地面对斜面体的摩擦力的大小.
(3)如果改用水平推力F′推滑块m1,F′至少多大才能使物块在斜面上匀速运动?
正确答案
解:(1)以滑块为研究对象,分析受力情况如图,滑块向上匀速运动时,则有:
F=m1gsin37°+f1,
N1=m1gcos37=100×0.8=80N
其中:
f1=μN1
则得斜面对滑块的摩擦力:
f1=F-m1gsin37°=80-100×0.6=20N
动摩擦因素:
μ=
(2)以整体为研究对象,整体的合力为零,分析受力情况,根据平衡条件得:
水平方向:f2=Fcos37°
竖直方向:N+Fsin37°=(m1+m2)g
解得:f2=Fcos37°=80×0.8=64N
(3)如果改用水平推力F′推滑块m1,滑块受重力、推力、支持力和摩擦力,根据平衡条件,有:
平行斜面方向:F′cos37°-f-m2gsin37°=0
垂直斜面方向:F′sin37°+m2gcos37°-N=0
其中:f=μN
联立解得:
F′==
N=123.1N
答:(1)斜面对滑块的摩擦力是20N;
(2)地面对斜面体的摩擦力是60N;
(3)如果改用水平推力F′推滑块m1,F′至少123.1N才能使物块在斜面上匀速运动.
解析
解:(1)以滑块为研究对象,分析受力情况如图,滑块向上匀速运动时,则有:
F=m1gsin37°+f1,
N1=m1gcos37=100×0.8=80N
其中:
f1=μN1
则得斜面对滑块的摩擦力:
f1=F-m1gsin37°=80-100×0.6=20N
动摩擦因素:
μ=
(2)以整体为研究对象,整体的合力为零,分析受力情况,根据平衡条件得:
水平方向:f2=Fcos37°
竖直方向:N+Fsin37°=(m1+m2)g
解得:f2=Fcos37°=80×0.8=64N
(3)如果改用水平推力F′推滑块m1,滑块受重力、推力、支持力和摩擦力,根据平衡条件,有:
平行斜面方向:F′cos37°-f-m2gsin37°=0
垂直斜面方向:F′sin37°+m2gcos37°-N=0
其中:f=μN
联立解得:
F′==
N=123.1N
答:(1)斜面对滑块的摩擦力是20N;
(2)地面对斜面体的摩擦力是60N;
(3)如果改用水平推力F′推滑块m1,F′至少123.1N才能使物块在斜面上匀速运动.
如图所示,一质量为m=1.0×10-2 kg、带电荷量为q=1.0×10-6 C 的小球,用绝缘细线悬挂在水平向右的匀强电场中,假设电场足够大,静止时悬线向左与竖直方向成60°角.小球在运动过程中电荷量保持不变,重力加速度取g=10m/s2.
(1)判断小球带何种电荷.
(2)求电场强度E的大小.
(3)若在某时刻将细线突然剪断,求小球运动的加速度a.
正确答案
解:(1)对小球受力分析,受到向下的重力、沿绳子方向的拉力和水平向左的电场力,所以小球带负电.
(2)小球所受的电场力F=qE
由平衡条件得F=mgtan θ
解得电场强度E=×105 N/C.
(3)剪断细线后小球做初速度为0的匀加速直线运动
小球所受合外力F合=
由牛顿第二定律有:F合=ma
解得:小球的加速度a=20 m/s2
速度方向为与竖直方向夹角为60°斜向左下.
答:(1)判断小球带负电荷.
(2)电场强度E的大小为×105 N/C.
(3)若在某时刻将细线突然剪断,小球运动的加速度a=20 m/s2.
解析
解:(1)对小球受力分析,受到向下的重力、沿绳子方向的拉力和水平向左的电场力,所以小球带负电.
(2)小球所受的电场力F=qE
由平衡条件得F=mgtan θ
解得电场强度E=×105 N/C.
(3)剪断细线后小球做初速度为0的匀加速直线运动
小球所受合外力F合=
由牛顿第二定律有:F合=ma
解得:小球的加速度a=20 m/s2
速度方向为与竖直方向夹角为60°斜向左下.
答:(1)判断小球带负电荷.
(2)电场强度E的大小为×105 N/C.
(3)若在某时刻将细线突然剪断,小球运动的加速度a=20 m/s2.
如图所示,物体B放在粗糙的水平桌面上,A被三根细绳悬挂,物体A、B都处于静止状态,其质量分别为mA=2kg,mB=5kg,细绳OB呈水平,细绳OP与竖直方向成37°角.(已知sin37°=0.6; cos37°=0.8;g=10m/s2)
求:(1)物体B受到的摩擦力
(2)若将B物体固定在桌面上,OA、OB、OP细绳的位 置保持不变,且三细绳所能承受的最大张力都是50N,为了使细绳不断,则所挂的A物的最大质量是多少?
正确答案
解:(1)对O点受力分析如图所示:
由几何知识知:tan37°=
解得:FOB=15N
所以,B受到桌面的摩擦力大小f=FOB=15N
(2)为了使细绳不断,应满足:
FOPcos37°=mAg
其中FOP=50N
解得:mA=40N
答:(1)物体B受到的摩擦力15N;
(2)为了使细绳不断,则所挂的A物的最大质量是4kg.
解析
解:(1)对O点受力分析如图所示:
由几何知识知:tan37°=
解得:FOB=15N
所以,B受到桌面的摩擦力大小f=FOB=15N
(2)为了使细绳不断,应满足:
FOPcos37°=mAg
其中FOP=50N
解得:mA=40N
答:(1)物体B受到的摩擦力15N;
(2)为了使细绳不断,则所挂的A物的最大质量是4kg.
如图所示,在粗糙的水平地面上有一个质量为1Kg的木箱,在一个跟水平面成θ=37°角的斜向下的恒力F作用下,木箱恰能向右匀速滑行,已知木箱与地面间的动摩擦因素为0.5,求恒力F的大小.(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
正确答案
解:物块受到重力、支持力、推力和摩擦力的作用,受力如图:根据平衡条件有,竖直方向:N=mg+Fsinθ
水平方向:Fcosθ=μN=μ(mg+Fsinθ)
即F×0.8=0.5×(1×10+F×0.6)
得:F=10N
答:恒力F的大小为10N.
解析
解:物块受到重力、支持力、推力和摩擦力的作用,受力如图:根据平衡条件有,竖直方向:N=mg+Fsinθ
水平方向:Fcosθ=μN=μ(mg+Fsinθ)
即F×0.8=0.5×(1×10+F×0.6)
得:F=10N
答:恒力F的大小为10N.
如图所示,质量为m的物体用细绳OC悬挂在支架上的O点,轻杆OB可绕B点转动,求细绳OA中张力的大小和轻杆OB受力的大小.
正确答案
解:对点O受力分析,将物体的拉力按照作用效果分解,如图所示:
故:
FT=
FN=
答:细绳OA中张力的大小为,轻杆OB受力的大小
.
解析
解:对点O受力分析,将物体的拉力按照作用效果分解,如图所示:
故:
FT=
FN=
答:细绳OA中张力的大小为,轻杆OB受力的大小
.
如图所示,斜面的斜边和高的比为5:3,物体在斜面上恰能匀速下滑,则物体与斜面的滑动摩擦因数μ为多少?
正确答案
解:对物体进行受力情况分析:重力mg、支持力N和滑动摩擦力f.
由平衡条件得知,N和f的合力与重力mg大小相等、方向相反,则有:
N=mgcosθ,
f=mgsinθ
故动摩擦因数为:μ==tanθ
斜面的斜边和高的比为5:3,根据数学知识可得:
sinθ=,
得:tanθ==0.75
故得:μ=0.75
答:物体与斜面的滑动摩擦因数μ为0.75.
解析
解:对物体进行受力情况分析:重力mg、支持力N和滑动摩擦力f.
由平衡条件得知,N和f的合力与重力mg大小相等、方向相反,则有:
N=mgcosθ,
f=mgsinθ
故动摩擦因数为:μ==tanθ
斜面的斜边和高的比为5:3,根据数学知识可得:
sinθ=,
得:tanθ==0.75
故得:μ=0.75
答:物体与斜面的滑动摩擦因数μ为0.75.
如图a所示,轻质弹簧原长为35cm,沿水平方向用其拉着一个质量为5kg的物体在水平面上匀速运动,此时弹簧长度为40cm,当将该物体用弹簧拖着沿倾角为37°的固定斜面匀速上滑时(如图b b所示),弹簧长度为45cm,拉力方向与斜面平行.已知物体与水平面和斜面间的动摩擦因数相同,求弹簧的劲度系数k及物体与斜面间的动摩擦因数μ.(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
正确答案
解:水平面上运动时
弹簧弹力F1=k(L1-L0)
滑动摩擦力Ff1=μmg
由平衡条件得k(L1-L0)=μmg…①
在斜面上运动时,物体受力如图
由平衡条件得
F2=mgsin37°+Ff2
FN=mgcos37°
摩擦力Ff2=μFN
弹簧弹力F2=k(L2-L0)
∴k(L2-L0)=mgsin37°+μmgcos37°…②
由①②解得
k=500N/m
μ=0.5
答:弹簧的劲度系数k为500N/m,物体与斜面间的动摩擦因数μ为0.5.
解析
解:水平面上运动时
弹簧弹力F1=k(L1-L0)
滑动摩擦力Ff1=μmg
由平衡条件得k(L1-L0)=μmg…①
在斜面上运动时,物体受力如图
由平衡条件得
F2=mgsin37°+Ff2
FN=mgcos37°
摩擦力Ff2=μFN
弹簧弹力F2=k(L2-L0)
∴k(L2-L0)=mgsin37°+μmgcos37°…②
由①②解得
k=500N/m
μ=0.5
答:弹簧的劲度系数k为500N/m,物体与斜面间的动摩擦因数μ为0.5.
如图所示,轻质弹簧的劲度系数为20N/cm,用其拉着一个重200N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.求:
(1)物体与水平面间的动摩擦因数.
(2)改变拉力,当弹簧的伸长量为6cm时,物体受到的水平拉力有多大?这时物体受到的摩擦力有多大?
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
μ==
=0.4
(2)当弹簧的伸长量增加为6cm时,弹力增加为F=kx=20N/cm×6cm=120N;
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=80N
答:(1)物体与水平面的动摩擦因数为0.4;
(2)物体受到的水平拉力有120N,这时物体受到的摩擦力为80N.
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
μ==
=0.4
(2)当弹簧的伸长量增加为6cm时,弹力增加为F=kx=20N/cm×6cm=120N;
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=80N
答:(1)物体与水平面的动摩擦因数为0.4;
(2)物体受到的水平拉力有120N,这时物体受到的摩擦力为80N.
如图所示,斜面体A放在水平地面上,斜面倾角为θ.质量为m的光滑球B放在斜面体和光滑竖直墙壁之间,A和B都处于静止状态,求地面对斜面体的摩擦力.
正确答案
解:以B为研究对象,它受到重力mg,三棱柱对它的支持力NB,墙壁对它的弹力F的作用(如图所示),而处于平衡状态,根据平衡条件有:
NBcosθ=mg,NBsinθ=F,
解得:F=mgtanθ,
选取A和B整体为研究对象,它受到重力(M+m)g,地面支持力N,墙壁的弹力F和地面的摩擦力f的作用(如图所示)而处于平衡状态.根据平衡条件有:f=F=mgtanθ,方向水平向右.
答:地面对斜面的摩擦力大小为mgtanθ,方向水平向右.
解析
解:以B为研究对象,它受到重力mg,三棱柱对它的支持力NB,墙壁对它的弹力F的作用(如图所示),而处于平衡状态,根据平衡条件有:
NBcosθ=mg,NBsinθ=F,
解得:F=mgtanθ,
选取A和B整体为研究对象,它受到重力(M+m)g,地面支持力N,墙壁的弹力F和地面的摩擦力f的作用(如图所示)而处于平衡状态.根据平衡条件有:f=F=mgtanθ,方向水平向右.
答:地面对斜面的摩擦力大小为mgtanθ,方向水平向右.
一轻绳(足够长)跨过两个等高的轻定滑轮(不计大小和摩擦),两端分别挂上物体A、B,其中物体A的质量m1=6kg,物体B的质量m2=5kg,如图所示,在滑轮之间的绳上O点拴接另一段轻绳悬挂住质量为朋的物体C,使三个物体均保持静止状态,其中OP段绳子与竖直方向夹角为α=30°,OQ段绳子与竖直方向夹角为β,求:
(1)物体C的质量m
(2)OP段绳子与OQ段绳子的长度之比.
正确答案
解:(1)结点O受力平衡,根据平衡条件可知,在水平方向上有:
m1gsinα=m2gsinβ
解得:sin
在竖直方向有:m1gcosα+m2gcosβ=mg
解得:m=
(2)设O点到两轮上端连线的距离为h,
OP=,OQ=
所以
答:(1)物体C的质量m为;
(2)OP段绳子与OQ段绳子的长度之比为.
解析
解:(1)结点O受力平衡,根据平衡条件可知,在水平方向上有:
m1gsinα=m2gsinβ
解得:sin
在竖直方向有:m1gcosα+m2gcosβ=mg
解得:m=
(2)设O点到两轮上端连线的距离为h,
OP=,OQ=
所以
答:(1)物体C的质量m为;
(2)OP段绳子与OQ段绳子的长度之比为.
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