- 用牛顿运动定律解决问题(二)
- 共11872题
在图(a)(b)中作出物体A的受力示意图(各力都画在重心上).
正确答案
解:(a)物体受到重力G、斜面的支持力N1、挡板的支持力N2三个力的作用,如图一所示.
(b)物体受到重力G、水平推力F、支持力N、摩擦力f四个力的作用.如图二所示.
故答案为:如上图.
解析
解:(a)物体受到重力G、斜面的支持力N1、挡板的支持力N2三个力的作用,如图一所示.
(b)物体受到重力G、水平推力F、支持力N、摩擦力f四个力的作用.如图二所示.
故答案为:如上图.
如图所示,将小砝码置于桌面上的薄纸板上,用水平向右的拉力将纸板迅速抽出,砝码的移动很小,几乎观察不到,这就是大家熟悉的惯性演示实验.若砝码和纸板的质量分别为m1和m2,各接触面间的动摩擦因数均为μ.重力加速度为g.
(1)当纸板相对砝码运动时,求纸板所受摩擦力的大小;
(2)要使纸板相对砝码运动,求所需拉力的大小.
正确答案
解:(1)当纸板相对砝码运动时,砝码和纸板之间的摩擦力:f1=μm1g
桌面对纸板的摩擦力:f2=μ(m1+m2)g
纸板所受摩擦力的大小:f=f1+f2=μ(2m1+m2)g
(2)当纸板相对砝码运动时,设砝码的加速度为a1,纸板的加速度为a2,则有:
f1=m1a1
得:
F-f1-f2=m2a2
发生相对运动需要纸板的加速度大于砝码的加速度,即:a2>a1
所以:F=f1+f2+m2a2>f1+f2+m2a1=μm1g+μ(m1+m2)g+μm2g=2μ(m1+m2)g
即:F>2μ(m1+m2)g
答:(1)纸板所受摩擦力的大小为μ(2m1+m2)g;
(2)所需拉力的大小F>2μ(m1+m2)g;
解析
解:(1)当纸板相对砝码运动时,砝码和纸板之间的摩擦力:f1=μm1g
桌面对纸板的摩擦力:f2=μ(m1+m2)g
纸板所受摩擦力的大小:f=f1+f2=μ(2m1+m2)g
(2)当纸板相对砝码运动时,设砝码的加速度为a1,纸板的加速度为a2,则有:
f1=m1a1
得:
F-f1-f2=m2a2
发生相对运动需要纸板的加速度大于砝码的加速度,即:a2>a1
所以:F=f1+f2+m2a2>f1+f2+m2a1=μm1g+μ(m1+m2)g+μm2g=2μ(m1+m2)g
即:F>2μ(m1+m2)g
答:(1)纸板所受摩擦力的大小为μ(2m1+m2)g;
(2)所需拉力的大小F>2μ(m1+m2)g;
如图所示,质量为M的直角三棱柱A放在水平地面上,三棱柱的斜面是光滑的,且斜面倾角为θ.质量为m的光滑球放在三棱柱和光滑竖直墙壁之间,A和B都处于静止状态,要求:
(1)地面对三棱柱支持力大小;
(2)地面对三棱柱摩擦力的大小.
正确答案
解:(1)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的作用而处于平衡状态.
根据平衡条件有:N-(M+m)g=0,F=f,可得N=(M+m)g.
(2)再以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,而处于平衡状态,根据平衡条件有:
NB cosθ=mg,NBsinθ=F,
解得F=mgtanθ,
所以f=F=mgtanθ.
答:(1)地面对三棱柱支持力为(M+m)g;
(2)地面对三棱柱摩擦力的大小为mgtanθ.
解析
解:(1)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的作用而处于平衡状态.
根据平衡条件有:N-(M+m)g=0,F=f,可得N=(M+m)g.
(2)再以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,而处于平衡状态,根据平衡条件有:
NB cosθ=mg,NBsinθ=F,
解得F=mgtanθ,
所以f=F=mgtanθ.
答:(1)地面对三棱柱支持力为(M+m)g;
(2)地面对三棱柱摩擦力的大小为mgtanθ.
如图所示,质量为15kg的物体用两根绳子AO和BO吊挂在天花板下处于静止状态,绳AO、BO与竖直方向的夹角分别为53°、37°.(sin37°=0.6,cos37°=0.8,取g=10m/s2)
(1)求两根绳子受到的拉力大小.
(2)如果绳AO、BO的最大承受力都是200N,为了使绳子不被拉断,则所挂的重物的质量最多不能超过多少?
正确答案
解:(1)将重物对O点的拉力按照作用效果分解,如图所示:
解得:
F1=Gcos37°=0.8mg=0.8×150N=120N
F2=Gsin37°=0.6mg=0.6×150N=90N
故AO绳子的拉力为90N,BO绳子的拉力为120N;
(2)由于:
F1=Gcos37°=0.8mg
F2=Gsin37°=0.6mg
当AO绳子的拉力F2为200N时,BO绳子的拉力1为=267N>200N,BO绳子已断;
当BO绳子的拉力F1为200N时,AO绳子的拉力2为mg=150N<200N,AO绳子没有断,此时物体的质量为:
m==
=25kg;
答:(1)AO绳子的拉力为90N,BO绳子的拉力为120N;
(2)如果绳AO、BO的最大承受力都是200N,为了使绳子不被拉断,则所挂的重物的质量最多不能超过25kg.
解析
解:(1)将重物对O点的拉力按照作用效果分解,如图所示:
解得:
F1=Gcos37°=0.8mg=0.8×150N=120N
F2=Gsin37°=0.6mg=0.6×150N=90N
故AO绳子的拉力为90N,BO绳子的拉力为120N;
(2)由于:
F1=Gcos37°=0.8mg
F2=Gsin37°=0.6mg
当AO绳子的拉力F2为200N时,BO绳子的拉力1为=267N>200N,BO绳子已断;
当BO绳子的拉力F1为200N时,AO绳子的拉力2为mg=150N<200N,AO绳子没有断,此时物体的质量为:
m==
=25kg;
答:(1)AO绳子的拉力为90N,BO绳子的拉力为120N;
(2)如果绳AO、BO的最大承受力都是200N,为了使绳子不被拉断,则所挂的重物的质量最多不能超过25kg.
在建筑装修中,工人用质量为5.0kg的磨石A对地面和斜壁进行打磨,已知磨石A与地面和斜壁之间的动摩擦因数均相同.(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
(1)当用F1=25N的水平推力推磨石A来打磨水平地面时,A恰好在水平地面上匀速运动,求A与地面间的动摩擦因μ;
(2)现用磨石A对倾角θ=37°的斜壁进行打磨(如图所示).若对A施加F2=60N的竖直向上的推力,则磨石A从静止开始沿斜壁向上运动2m所需的时间为多少?
正确答案
解:(1)A恰好在水平地面上做匀速直线运动,滑动摩擦力等于推力,即
f=F1=25N
μ==
=
=0.5
(2)先将重力及向上的推力合力后,将二者的合力向垂直于斜面方向及沿斜面方向分解可得:
平行斜面方向:(F2-mg)cosθ-f=ma;
垂直斜面方向:FN=(F2-mg)sinθ;
其中:f=μFN
解得:a=1m/s2
x=at2
解得t=2s
答:(1)A与地面间的动摩擦因数μ为0.5;
(2)所需时间为2 s.
解析
解:(1)A恰好在水平地面上做匀速直线运动,滑动摩擦力等于推力,即
f=F1=25N
μ==
=
=0.5
(2)先将重力及向上的推力合力后,将二者的合力向垂直于斜面方向及沿斜面方向分解可得:
平行斜面方向:(F2-mg)cosθ-f=ma;
垂直斜面方向:FN=(F2-mg)sinθ;
其中:f=μFN
解得:a=1m/s2
x=at2
解得t=2s
答:(1)A与地面间的动摩擦因数μ为0.5;
(2)所需时间为2 s.
如图,绳CO与竖直方向成300,O为一轻质滑轮,物体A与B用跨过定滑轮的细绳相连且保持静止,已知B所受的重力为100N,地面对B的支持力为80N,
求:(1)物体B与地面间的摩擦力;
(2)物体A的重力;
(3)绳CO的拉力.
正确答案
解:(1)对滑轮受力分析,受CO绳子的拉力F3,AO和BO绳子的拉力F1、F2,如图
由于是定滑轮,故AO和BO绳子的拉力F1、F2相等,则根据平行四边形定则可知其合力一定在角平分线上;
又根据三力平衡条件,拉力F1、F2的合力一定与CO绳子的拉力F3等大、反向、共线;
故BO绳子与竖直方向的夹角为60°;
再对物体B受力分析,受重力Mg、BO绳子的拉力(大小等于F2)、地面的支持力N和向右的静摩擦力f,如图
根据平衡条件并结合正交分解法,有
x方向:F2sin60°=f
y方向:F2cos60°+N=Mg
解得
F2=40N
f=20N
故物体B与地面间的摩擦力为20N.
(2)对物体A受力分析,受重力和拉力;
由第一问可得,拉力等于40N;
根据二力平衡条件,得到重力等于拉力;
故物体A的重力为40N.
(3)对滑轮受力分析,如图
根据平衡条件并结合几何关系,有
故绳子CO的拉力为.
答:(1)物体B与地面间的摩擦力为20N;
(2)物体A的重力为40N;
(3)绳子CO的拉力为.
解析
解:(1)对滑轮受力分析,受CO绳子的拉力F3,AO和BO绳子的拉力F1、F2,如图
由于是定滑轮,故AO和BO绳子的拉力F1、F2相等,则根据平行四边形定则可知其合力一定在角平分线上;
又根据三力平衡条件,拉力F1、F2的合力一定与CO绳子的拉力F3等大、反向、共线;
故BO绳子与竖直方向的夹角为60°;
再对物体B受力分析,受重力Mg、BO绳子的拉力(大小等于F2)、地面的支持力N和向右的静摩擦力f,如图
根据平衡条件并结合正交分解法,有
x方向:F2sin60°=f
y方向:F2cos60°+N=Mg
解得
F2=40N
f=20N
故物体B与地面间的摩擦力为20N.
(2)对物体A受力分析,受重力和拉力;
由第一问可得,拉力等于40N;
根据二力平衡条件,得到重力等于拉力;
故物体A的重力为40N.
(3)对滑轮受力分析,如图
根据平衡条件并结合几何关系,有
故绳子CO的拉力为.
答:(1)物体B与地面间的摩擦力为20N;
(2)物体A的重力为40N;
(3)绳子CO的拉力为.
如图1,2,光滑斜面倾角为θ,一质量为m的小球被一块光滑挡板挡住,挡板可绕O点转动,求:
(1)当挡板在竖直位置时,挡板对球的作用力的大小;
(2)当挡板转到与斜面垂直时,挡板对球的作用力的大小.
正确答案
解:(1)当挡板在竖直位置时,球的作用力受力如图所示,
由平衡条件F合=0得挡板对球的作用力为:F1=mgtanθ
(2)当挡板转到与斜面垂直时,球的受力如图所示,
由平衡条件 F合=0得挡板对球的作用力为:F3=mgsinθ
答:(1)当挡板在竖直位置时,挡板对球的作用力的大小是mgtanθ;
(2)当挡板转到与斜面垂直时,挡板对球的作用力的大小是mgsinθ.
解析
解:(1)当挡板在竖直位置时,球的作用力受力如图所示,
由平衡条件F合=0得挡板对球的作用力为:F1=mgtanθ
(2)当挡板转到与斜面垂直时,球的受力如图所示,
由平衡条件 F合=0得挡板对球的作用力为:F3=mgsinθ
答:(1)当挡板在竖直位置时,挡板对球的作用力的大小是mgtanθ;
(2)当挡板转到与斜面垂直时,挡板对球的作用力的大小是mgsinθ.
如图所示,通电直导体棒ab质量为m=0.6kg,水平地放在宽为L=1m,倾角为θ=60°光滑的两平行直轨上,已知电源电动势为E=1.5V,直导体棒电阻为R=0.5Ω,其余电阻不计,现加一竖直方向的匀强磁场,使导体棒ab静止在斜面上.(g取10m/s2)求:
(1)流过导体棒电流;
(2)磁感应强度大小和方向.
正确答案
解:本题的关键是分析导体的受力情况,首先将立体图转化为平面图,如图所示.
(1)根据欧姆定律:A
(2)若磁场方向竖直向上,从a向b观察,导体受力情况如图所示.由平衡条件得:
在水平方向上:F-Nsinθ=0
在竖直方向上:mg-Ncosθ=0
其中:F=BIL
联立可得:=
T.
答:(1)流过导体棒电流是3A;
(2)磁感应强度大小是方向坚直向上.
解析
解:本题的关键是分析导体的受力情况,首先将立体图转化为平面图,如图所示.
(1)根据欧姆定律:A
(2)若磁场方向竖直向上,从a向b观察,导体受力情况如图所示.由平衡条件得:
在水平方向上:F-Nsinθ=0
在竖直方向上:mg-Ncosθ=0
其中:F=BIL
联立可得:=
T.
答:(1)流过导体棒电流是3A;
(2)磁感应强度大小是方向坚直向上.
所受重力G1=8N的砝码悬挂在绳PA和PB的结点上.PA偏离竖直方向37°角,PB在水平方向,且连在所受重力为G2=100N的木块上,木块静止于倾角为37°的斜面上,如图所示,试求:(
sin53°=0.8 cos53°=0.6,重力加速度g取10m/s2)
(1)木块与斜面间的摩擦力大小;
(2)木块所受斜面的弹力大小.
正确答案
解:(1)如图甲所示分析P点受力,由平衡条件可得:
FA cos37°=G1
FA sin37°=FB
可解得:FB=6 N
再分析G2的受力情况,如图乙所示
由物体的平衡条件可得:
Ff=G2 sin37°+FB′cos37°
FN+FB′sin37°=G2 cos37°
FB′=FB
可求得:Ff=64.8 N
FN=76.4 N
即木块与斜面间的摩擦力大小为64.8N;
(2)由第一问的解答可以得到:FN=76.4 N
即木块所受斜面的弹力大小为76.4 N.
解析
解:(1)如图甲所示分析P点受力,由平衡条件可得:
FA cos37°=G1
FA sin37°=FB
可解得:FB=6 N
再分析G2的受力情况,如图乙所示
由物体的平衡条件可得:
Ff=G2 sin37°+FB′cos37°
FN+FB′sin37°=G2 cos37°
FB′=FB
可求得:Ff=64.8 N
FN=76.4 N
即木块与斜面间的摩擦力大小为64.8N;
(2)由第一问的解答可以得到:FN=76.4 N
即木块所受斜面的弹力大小为76.4 N.
如图所示,将重为G的物体A放在倾角为30°的斜面上,A与斜面间的动摩擦因数μ=0.1,那么对A施加一个多大的水平力F,可使A物体保持静止?(设A所受最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等)
正确答案
解:当物体A有沿着斜面向上运动的趋势时,其受力如图甲所示.
沿着斜面、垂直斜面建立坐标系,由平衡条件得:
在x轴上:Fcosα-f=Gsinα ①
在y轴上:FN=Gcosα+Fsinα ②
摩擦力:fm=μFN ③
由以上三式解得:
F═0.72G
当物体A有沿着斜面向下运动的趋势时,其受力如图乙所示.
在x轴上:Fcosα+f=Gsinα ④
在y轴上:FN=Gcosα+Fsinα ⑤
摩擦力:fm=μFN ⑥
由④⑤⑥得作用力:
F==0.45G
考虑两个结果可知,水平力F的取值范围为:0.45G<F<0.72G.
解析
解:当物体A有沿着斜面向上运动的趋势时,其受力如图甲所示.
沿着斜面、垂直斜面建立坐标系,由平衡条件得:
在x轴上:Fcosα-f=Gsinα ①
在y轴上:FN=Gcosα+Fsinα ②
摩擦力:fm=μFN ③
由以上三式解得:
F═0.72G
当物体A有沿着斜面向下运动的趋势时,其受力如图乙所示.
在x轴上:Fcosα+f=Gsinα ④
在y轴上:FN=Gcosα+Fsinα ⑤
摩擦力:fm=μFN ⑥
由④⑤⑥得作用力:
F==0.45G
考虑两个结果可知,水平力F的取值范围为:0.45G<F<0.72G.
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