• 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

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.

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题型:简答题
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简答题

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;

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简答题

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.

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简答题

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=267N>200N,BO绳子已断;

当BO绳子的拉力F1为200N时,AO绳子的拉力2mg=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=267N>200N,BO绳子已断;

当BO绳子的拉力F1为200N时,AO绳子的拉力2mg=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.

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简答题

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.

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简答题

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

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简答题

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=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=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=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=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.

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简答题

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.

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简答题

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.

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简答题

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

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

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

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

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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