• 用牛顿运动定律解决问题(二)
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简答题

如图所示,电灯的重力G=10N,AO绳与顶板间的夹角为45°,BO绳水平,则AO绳所受的拉力F1是多少?BO绳所受的拉力F2是多少?

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=10N,

               F2=G=10N

答:AO绳所受的拉力F1是10N,BO绳所受的拉力F2是10N.

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=10N,

               F2=G=10N

答:AO绳所受的拉力F1是10N,BO绳所受的拉力F2是10N.

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简答题

如图所示,轻绳悬挂一质量为m=2.0kg的小球,现对小球再施加一个力F,使小球静止在绳子与竖直方向成60°的位置上,g=10m/s2

(1)若F为水平方向,求F的大小;

(2)若要使F的取值最小,求F的大小和方向.

正确答案

解:(1)由图可知,拉力及重力的合力与F大小相等方向相反,

由几何关系可知:

F=mgtan60°=20N; 

     

(2)由于拉力的方向不变,重力的大小、方向均不变;而拉力与F的合力一定与重力大小相等,方向相反,

由图利用几何关系可知当力的方向与拉力方向垂直时F有最小值:

Fmin=mgsin60°=10N

方向为与水平方向成60°斜向上

答:(1)F为水平方向时,F为20N;(2)F的最小值为10N,方向与水平方向成60度角斜向上.

解析

解:(1)由图可知,拉力及重力的合力与F大小相等方向相反,

由几何关系可知:

F=mgtan60°=20N; 

     

(2)由于拉力的方向不变,重力的大小、方向均不变;而拉力与F的合力一定与重力大小相等,方向相反,

由图利用几何关系可知当力的方向与拉力方向垂直时F有最小值:

Fmin=mgsin60°=10N

方向为与水平方向成60°斜向上

答:(1)F为水平方向时,F为20N;(2)F的最小值为10N,方向与水平方向成60度角斜向上.

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简答题

如图所示,小球孔径略大于细杆直径,杆在水平方向固定,调节水平风力的大小,恰好使小球在杆上做匀速运动,这时小球所受的风力等于小球重力的0.6倍,求小球与杆间的动摩擦因数.

正确答案

解:小球做匀速直线运动,由平衡条件得:0.6mg=μmg,则动摩擦因数μ=0.6.

答:小球与杆间的动摩擦因数为0.6.

解析

解:小球做匀速直线运动,由平衡条件得:0.6mg=μmg,则动摩擦因数μ=0.6.

答:小球与杆间的动摩擦因数为0.6.

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简答题

一个重30N的物体置于斜面上,如图,斜面的倾斜角为30°,挡板竖直,不计一切摩擦.(取g=10m/s2

(1)画出小球受力分析示意图.

(2)求出斜面和挡板对小球的作用力.

正确答案

解:(1)小球受到重力,斜面的支持力以及挡板的弹力作用,受力分析示意图如图所示:

(2)根据平衡条件和三角函数关系知:

FN2=

N

答:(1)小球受力分析示意图,如图所示;

(2)斜面和挡板对小球的作用力分别为

解析

解:(1)小球受到重力,斜面的支持力以及挡板的弹力作用,受力分析示意图如图所示:

(2)根据平衡条件和三角函数关系知:

FN2=

N

答:(1)小球受力分析示意图,如图所示;

(2)斜面和挡板对小球的作用力分别为

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简答题

一个质量为m,带电量为+q的小球,被轻细线拴住并放到水平向右的匀强电场中,静止在如图所示位置,此时细线与竖直方向的夹角为θ,求:

(1)细线对小球的拉力F;

(2)匀强电场的电场强度E.

正确答案

解:(1)对小球受力分析,受重力、电场力和细线的拉力,如图

根据平衡条件,有

Fsinθ=qE

Fcosθ=mg

解得

F=…①

qE=mgtanθ…②

故细线对小球的拉力F为

(2)由②式得到,

即匀强电场的电场强度E的大小为

解析

解:(1)对小球受力分析,受重力、电场力和细线的拉力,如图

根据平衡条件,有

Fsinθ=qE

Fcosθ=mg

解得

F=…①

qE=mgtanθ…②

故细线对小球的拉力F为

(2)由②式得到,

即匀强电场的电场强度E的大小为

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简答题

(2015秋•沧州期末)如图所示,两根轻绳OA和OB的一端连接于竖直墙上,另一端系于同一物体上,物体的质量m=1kg,现对物体施加一个方向与水平方向成θ=53°斜向上的拉力F,若要使两绳都能伸直,且轻绳OA处于水平,轻绳OB与水平方向的夹角θ=53°.取sin53°=0.8,cos53°=0.6,g=10m/s2.求拉力F的大小范围.

正确答案

解:对物体受力分析,受到拉力F,重力mg,两根细绳的拉力FA、FB,如图所示,根据平衡条件,有:

x方向:Fcos53°=FA+FBcos53°

y方向:Fsin53°+FBsin53°=mg

解得:FB=12.5-F

FA=1.2F-7.5

当FB=0时,F最大,为:Fmax=12.5N

当FA=0时,F最小,为:Fmin =6.25N

答:拉力F的范围是6.25N≤F≤12.5N.

解析

解:对物体受力分析,受到拉力F,重力mg,两根细绳的拉力FA、FB,如图所示,根据平衡条件,有:

x方向:Fcos53°=FA+FBcos53°

y方向:Fsin53°+FBsin53°=mg

解得:FB=12.5-F

FA=1.2F-7.5

当FB=0时,F最大,为:Fmax=12.5N

当FA=0时,F最小,为:Fmin =6.25N

答:拉力F的范围是6.25N≤F≤12.5N.

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简答题

如图,AB、BC、CD是三根相同的轻杆,彼此之间用绞链连接,轻杆与墙壁之间也以绞链连接.A、D两点在同一水平面内.绞链B上悬挂一质量为m的物体,为使BC保持水平,在绞链C上至少要施加多大的作用力?

正确答案

解:设BC杆受的拉力为大小T,铰链C受到的最小外力为F.

对铰链B,由平衡条件得

  T=mgtan30°=mg

铰链C受力平衡,当拉力F的方向与CD垂直时,力臂最长、最省力,如图所示,

最小拉力为 F=T′cos30°=Tcos30°=mg

答:为使BC保持水平,在绞链C上至少要施加mg的作用力.

解析

解:设BC杆受的拉力为大小T,铰链C受到的最小外力为F.

对铰链B,由平衡条件得

  T=mgtan30°=mg

铰链C受力平衡,当拉力F的方向与CD垂直时,力臂最长、最省力,如图所示,

最小拉力为 F=T′cos30°=Tcos30°=mg

答:为使BC保持水平,在绞链C上至少要施加mg的作用力.

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简答题

如图所示,电灯的重力G=10N,AO绳与顶板间的夹角为53°,BO绳水平,这时灯对CO绳产生的拉力F=G=10N,求F的两个分力大小.

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,

由几何知识得:

答:F的两个分力大小分别为7.5N和12.5N.

解析

解:将电灯所受的重力G沿两个绳子方向进行分解,

由几何知识得:

答:F的两个分力大小分别为7.5N和12.5N.

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简答题

倾角30°的斜面体放在水平地面上,小车与斜面之间光滑,斜面体与地面之间粗糙,用两根轻绳跨过两个固定的定滑轮一端接在小车上(滑轮与斜面没有连接),另一端分别悬挂质量为2m和m的物体A、B,当小车静止时两绳分别平行,垂直于斜面,如图所示,不计滑轮摩擦.

(1)求小车的质量;

(2)现使A、B位置互换,当系统再次静止时,地面与斜面体之间的摩擦力大小;

(3)当A、B位置互换后,换用多大质量的小车可以使小车放在斜面上而斜面体与地面刚好没有摩擦力.

正确答案

解:(1)小车处于静止状态,受力平衡,对小车受力分析,

沿斜面方向有:Mgsin30°=2mg,

解得:M=4m,

(2)设A连接的绳子与垂直于斜面方向为θ,沿斜面方向受力:Mgsin30°=mg+2mgsinθ,

解得:θ=30°,即A连接的绳子竖直向上拉小车,

对小车和斜面体整体受力分析:

f=mgcos30°,

解得:f=

(3)设A连接的绳子与竖直方向成α,

对小车:小车与斜面无弹力,则有:

2mgsinα=mgcos30°,

2mgcosα+mgsin30°=M

解得:

答:(1)小车的质量为4m;

(2)现使A、B位置互换,当系统再次静止时,地面与斜面体之间的摩擦力大小为

(3)当A、B位置互换后,换用质量为的小车可以使小车放在斜面上而斜面体与地面刚好没有摩擦力.

解析

解:(1)小车处于静止状态,受力平衡,对小车受力分析,

沿斜面方向有:Mgsin30°=2mg,

解得:M=4m,

(2)设A连接的绳子与垂直于斜面方向为θ,沿斜面方向受力:Mgsin30°=mg+2mgsinθ,

解得:θ=30°,即A连接的绳子竖直向上拉小车,

对小车和斜面体整体受力分析:

f=mgcos30°,

解得:f=

(3)设A连接的绳子与竖直方向成α,

对小车:小车与斜面无弹力,则有:

2mgsinα=mgcos30°,

2mgcosα+mgsin30°=M

解得:

答:(1)小车的质量为4m;

(2)现使A、B位置互换,当系统再次静止时,地面与斜面体之间的摩擦力大小为

(3)当A、B位置互换后,换用质量为的小车可以使小车放在斜面上而斜面体与地面刚好没有摩擦力.

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简答题

如图,半径为R=10cm的光滑大圆环竖直放置,轻质弹簧的一端固定在圆环上的A点,A点与圆心O在同一高度,另一端与小球B相连,B球穿在大圆环上.当弹簧与水平线OA成370角时,小球B恰处于平衡状态.已知小球B的重力为15N,弹簧的劲度系数为350N/m,求:

(1)平衡时,轻弹簧AB的长度为多少cm,此时弹簧比原长长还是短?

(2)轻弹簧的原长为多少cm?

正确答案

解:(1)平衡时,根据几何知识得,弹簧长度为L=2Rcos37°=16cm.由小球的受力情况可知,弹簧对小球施加的是压力,说明弹簧处于压缩状态,

此时弹簧比原长短.

(2)以小球B为研究对象,分析受力情况,作出相似三角形,则得

  

又BD=L-=3.5cm

代入解得弹力为F=7N,

则原长为L0==+16cm=18cm

答:

(1)平衡时,轻弹簧AB的长度为16cm,此时弹簧比原长短.

(2)轻弹簧的原长为18cm.

解析

解:(1)平衡时,根据几何知识得,弹簧长度为L=2Rcos37°=16cm.由小球的受力情况可知,弹簧对小球施加的是压力,说明弹簧处于压缩状态,

此时弹簧比原长短.

(2)以小球B为研究对象,分析受力情况,作出相似三角形,则得

  

又BD=L-=3.5cm

代入解得弹力为F=7N,

则原长为L0==+16cm=18cm

答:

(1)平衡时,轻弹簧AB的长度为16cm,此时弹簧比原长短.

(2)轻弹簧的原长为18cm.

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