• 用牛顿运动定律解决问题(二)
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简答题

如图所示,质量为m的物块A被轻质细绳系住斜吊着放在倾角为30°的静止斜面上,物块A与斜面间的动摩擦因数为μ(μ<).细绳绕过定滑轮O,左右两边与竖直方向的夹角α=30°、β=60°,细绳右端固定在天花板上,O’为细绳上一光滑动滑轮,下方悬挂着重物B.整个装置处于静止状态,重力加速度为g,认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力.

求:重物B的质量满足什么条件时,物块A能在斜面上保持静止?

正确答案

解:如果物体A恰好不上滑,则对A,有:

平行斜面方向:T1cos30°-mgsin30°-f=0

垂直斜面方向:N+T1sin30°-mgcos30°=0

解得:T1=

如果物体A恰好不下滑,摩擦力反向,则对A,有:

平行斜面方向:T2cos30°-mgsin30°+f=0

垂直斜面方向:N+T2sin30°-mgcos30°=0

解得:T2=

对物体B,根据平衡条件,有:

2Tcos60°=m′g

故绳子的拉力等于物体B的重力,故物体B的质量范围为:

≥m′≥

答:重物B的质量满足条件≥m′≥时,物块A能在斜面上保持静止.

解析

解:如果物体A恰好不上滑,则对A,有:

平行斜面方向:T1cos30°-mgsin30°-f=0

垂直斜面方向:N+T1sin30°-mgcos30°=0

解得:T1=

如果物体A恰好不下滑,摩擦力反向,则对A,有:

平行斜面方向:T2cos30°-mgsin30°+f=0

垂直斜面方向:N+T2sin30°-mgcos30°=0

解得:T2=

对物体B,根据平衡条件,有:

2Tcos60°=m′g

故绳子的拉力等于物体B的重力,故物体B的质量范围为:

≥m′≥

答:重物B的质量满足条件≥m′≥时,物块A能在斜面上保持静止.

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简答题

如图所示A、B是电容器的两个极板,极板间是一匀强电场,B板接电源的正极,一带电小球质量为m,带电量的大小为q,小球被一轻质细绳系着,细绳的一端固定在C点,静止时细绳与竖直方向的夹角为θ,小球与B板间的距离为d,重力加速度为g,则

(1)小球的带何种电荷

(2)AB板间电场强度的大小

(3)假设A、B板足够长,将绳子剪断后,小球到达B板过程中电场力对小球做的功.

正确答案

解:(1)对小球受力分析,受重力、拉力和电场力,如图所示

由于电场力水平向右,电场强度向左,由于电场力与电场强度反向,故小球带负电荷;

(2)根据平衡条件,有:F=mgtanθ

根据电场强度定义公式,有:F=qE

故E=

(3)小球与B板间的距离为d;

将绳子剪断后,小球到达B板过程中电场力对小球做的功:W=Fd=mgtanθ•d=mgd•tanθ;

答:(1)小球的带负电荷;

(2)AB板间电场强度的大小为

(3)假设A、B板足够长,将绳子剪断后,小球到达B板过程中电场力对小球做的功为mgd•tanθ.

解析

解:(1)对小球受力分析,受重力、拉力和电场力,如图所示

由于电场力水平向右,电场强度向左,由于电场力与电场强度反向,故小球带负电荷;

(2)根据平衡条件,有:F=mgtanθ

根据电场强度定义公式,有:F=qE

故E=

(3)小球与B板间的距离为d;

将绳子剪断后,小球到达B板过程中电场力对小球做的功:W=Fd=mgtanθ•d=mgd•tanθ;

答:(1)小球的带负电荷;

(2)AB板间电场强度的大小为

(3)假设A、B板足够长,将绳子剪断后,小球到达B板过程中电场力对小球做的功为mgd•tanθ.

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简答题

(2015秋•保山校级期末)一根弹簧原长15cm,下挂一个重20N的物体时,弹簧总长为19cm,现用这根弹簧水平拉着这个物体在地面上匀速运动,弹簧总长度为16cm,则这根弹簧的劲度系数为______N/m,物体与地面间的动摩擦因数为______

正确答案

解:下挂一个重20N的物体时,弹簧的拉力为20N,根据F=kx,弹簧的劲度系数为:

k=

用这根弹簧水平拉着这个物体在地面上匀速运动,弹簧总长度为16cm,伸长量为1cm,故:

F1=kx1=500N/m×(0.16m-0.15m)=5N 

物体匀速直线运动,受重力、支持力、拉力和摩擦力,根据平衡条件,有:

f=F1=5N

动摩擦因数为:

μ=

故答案为:500,0.25.

解析

解:下挂一个重20N的物体时,弹簧的拉力为20N,根据F=kx,弹簧的劲度系数为:

k=

用这根弹簧水平拉着这个物体在地面上匀速运动,弹簧总长度为16cm,伸长量为1cm,故:

F1=kx1=500N/m×(0.16m-0.15m)=5N 

物体匀速直线运动,受重力、支持力、拉力和摩擦力,根据平衡条件,有:

f=F1=5N

动摩擦因数为:

μ=

故答案为:500,0.25.

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简答题

已知如图,一根轻绳左端固定在水平天花板上,依次穿过不计质量和摩擦的动滑轮和定滑轮后,悬挂重G1的物体A,在动滑轮下悬挂重G2的物体B,系统处于静止状态.求:

(1)若G1=G2=10N,静止时细绳与天花板间的夹角α=?

(2)若测得G1=10N,α=37°,那么G2=?

正确答案

解:(1)以m1为研究对象,A受竖直向下的重力G1、竖直向上的绳子拉力F,处于平衡状态,由平衡条件得:F=G1

以动滑轮为研究对象,动滑轮受物体B竖直向下拉力G2、绳子的两个拉力F作用,绳子的两个拉力相等,绳子拉力的合力一定两绳子夹角的角平分线上,动滑轮静止,处于平衡状态,绳子拉力的合力等于G2,两绳子的拉力等于G1

根据力的合成与平衡条件有:2G1sinα=G2

 解得:α=30°

(2)2G1sinα=G2

代入数据得:G2=12N.

答:(1)若G1=G2=10N,静止时细绳与天花板间的夹角α=30°.

(2)若测得G1=10N,α=37°,那么G2=12N.

解析

解:(1)以m1为研究对象,A受竖直向下的重力G1、竖直向上的绳子拉力F,处于平衡状态,由平衡条件得:F=G1

以动滑轮为研究对象,动滑轮受物体B竖直向下拉力G2、绳子的两个拉力F作用,绳子的两个拉力相等,绳子拉力的合力一定两绳子夹角的角平分线上,动滑轮静止,处于平衡状态,绳子拉力的合力等于G2,两绳子的拉力等于G1

根据力的合成与平衡条件有:2G1sinα=G2

 解得:α=30°

(2)2G1sinα=G2

代入数据得:G2=12N.

答:(1)若G1=G2=10N,静止时细绳与天花板间的夹角α=30°.

(2)若测得G1=10N,α=37°,那么G2=12N.

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简答题

如图所示,劲度系数为k1的轻质弹簧B的两端分别与固定斜面上的挡板及物体A相连,A的质量为m,光滑斜面倾角为θ.用轻绳跨过定滑轮将物体A与另一根劲度系数为k2的轻质弹簧C连接.当弹簧C处在水平位置且未发生形变时,其右端点位于a位置.现将弹簧C的右端点用力沿水平方向缓慢拉到b位置时,弹簧B对物体A的拉力大小恰好等于A的重力.求:

(1)当弹簧C处在水平位置且未发生形变时,弹簧B的形变大小

(2)在将弹簧的右端由a缓慢拉到b的过程中,物体A上升的高度为多少?

(3)ab间的距离为多大?

正确答案

解:(1)当弹簧C未发生形变时弹簧B处于压缩状态,设弹簧B对于物体A而言的压缩量为X0,根据平衡条件和胡克定律有:K1X0=mgsinθ解得:

(2)当弹簧C的右端点沿水平缓慢拉到b位置时,因弹簧B对物体A的拉力大小恰好等于A的重力,说明弹簧B处于伸长状态,且伸长量    

所以物体A上升的高度为    

(3)绳中张力    T=mgsinθ+mg=mg(sinθ+1)

弹簧C的伸长量    

ab间的距离为:

答:(1)当弹簧C处在水平位置且未发生形变时,弹簧B的形变大小是

(2)在将弹簧的右端由a缓慢拉到b的过程中,物体A上升的高度为

(3)ab间的距离为

解析

解:(1)当弹簧C未发生形变时弹簧B处于压缩状态,设弹簧B对于物体A而言的压缩量为X0,根据平衡条件和胡克定律有:K1X0=mgsinθ解得:

(2)当弹簧C的右端点沿水平缓慢拉到b位置时,因弹簧B对物体A的拉力大小恰好等于A的重力,说明弹簧B处于伸长状态,且伸长量    

所以物体A上升的高度为    

(3)绳中张力    T=mgsinθ+mg=mg(sinθ+1)

弹簧C的伸长量    

ab间的距离为:

答:(1)当弹簧C处在水平位置且未发生形变时,弹簧B的形变大小是

(2)在将弹簧的右端由a缓慢拉到b的过程中,物体A上升的高度为

(3)ab间的距离为

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简答题

如图所示,质量为m的物体置于倾角为θ=37°的固定斜面上,物体与斜面之间的动摩擦因数为μ=0.5,先用平行于斜面的推力F1作用于物体上使其能沿斜面匀速上滑,若改用水平推力F2作用于物体上,也能使物体沿斜面匀速上滑,已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,求:

(1)两次推力之比

(2)两次物体受到的摩擦力之比

正确答案

解:(1)对甲乙两图中的物体受力分析,根据平衡条件建立方程:

对甲图:F1-mgsinθ-f1=0,

N-mgcosθ=0,

f1=μN,

联立三个方程解得F1=mgsinθ+μmgcosθ=mg   

对乙图,将F2分解(或者正交分解)

平行斜面方向:F2cosθ-mgsinθ-f2=0   

N′-F2sinθ-mgcosθ=0        

f2=μN′

联立三个方程解得=2mg

两次的推力之比=

(2)两次物体受到的摩擦力之比

答:(1)两次推力之比

(2)两次物体受到的摩擦力之比

解析

解:(1)对甲乙两图中的物体受力分析,根据平衡条件建立方程:

对甲图:F1-mgsinθ-f1=0,

N-mgcosθ=0,

f1=μN,

联立三个方程解得F1=mgsinθ+μmgcosθ=mg   

对乙图,将F2分解(或者正交分解)

平行斜面方向:F2cosθ-mgsinθ-f2=0   

N′-F2sinθ-mgcosθ=0        

f2=μN′

联立三个方程解得=2mg

两次的推力之比=

(2)两次物体受到的摩擦力之比

答:(1)两次推力之比

(2)两次物体受到的摩擦力之比

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简答题

如图所示,用细绳将重量为G的重球挂在墙上,绳与竖直墙壁间的夹角为θ,不考虑墙的摩擦.则绳对球的拉力F1和墙对球的支持力F2的大小分别为多少?

正确答案

解:对小球进行受力分析:

将力F1和F2合成F,根据平衡条件得出:F=G,

根据几何关系得出:F1=,F2=Gtanθ.

答:绳对球的拉力F1和墙对球的支持力F2的大小分别为和Gtanθ.

解析

解:对小球进行受力分析:

将力F1和F2合成F,根据平衡条件得出:F=G,

根据几何关系得出:F1=,F2=Gtanθ.

答:绳对球的拉力F1和墙对球的支持力F2的大小分别为和Gtanθ.

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简答题

将质量为m的钢球放在夹角为α的两个光滑的木板a、b之间,其中b板竖直放置.

(1)说明钢球受哪几个力的作用?并在图中画出受力示意图.

(2)求出球对a,b板的压力大小.

正确答案

解:(1)钢球受到重力、两板对球的支持力.画出受力示意图如图所示.

(2)以小球为研究对象,根据平衡条件得:

  Fasinα=G

  Fb=Facosα

解得:Fa=,Fb=Facotα

根据牛顿第三定律得:球对a板和b板的压力分别为:Fa′=Fa=和Fb′=Fb=Gcotα.

答:(1)钢球受到重力、两板对球的支持力.画出受力示意图如图所示..

(2)球对a板和b板的压力分别为和Gcotα.

解析

解:(1)钢球受到重力、两板对球的支持力.画出受力示意图如图所示.

(2)以小球为研究对象,根据平衡条件得:

  Fasinα=G

  Fb=Facosα

解得:Fa=,Fb=Facotα

根据牛顿第三定律得:球对a板和b板的压力分别为:Fa′=Fa=和Fb′=Fb=Gcotα.

答:(1)钢球受到重力、两板对球的支持力.画出受力示意图如图所示..

(2)球对a板和b板的压力分别为和Gcotα.

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简答题

如图示,重G=100N的物体挂在水平轻杆OA的O端,A端与竖直墙铰链,OB是与水平杆成30°的细绳将杆O端拉住,则由于物体的重力造成的OA杆与OB绳受的力各多大?

正确答案

解:以O点为研究对象,根据平衡条件得:

F2sin30°=G

F2cos30°=F1

则得:F2=2G=200N,F1=F2cos30°=200×N=100N

答:由于物体的重力造成的OA杆与OB绳受的力各是200N和100N.

解析

解:以O点为研究对象,根据平衡条件得:

F2sin30°=G

F2cos30°=F1

则得:F2=2G=200N,F1=F2cos30°=200×N=100N

答:由于物体的重力造成的OA杆与OB绳受的力各是200N和100N.

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简答题

一个质量为2kg的物体,静止在水平地面上,物体与地面间的动摩擦因数为0.5.求:(g取10m/s2 )

(1)当物体受到5N的水平拉力时,物体依然静止,此时地面对物体的摩擦力是多大?

(2)当物体相对于地面运动时,地面对物体的摩擦力是多大?

(3)给物体施加一个与水平方向成37°斜向右上的拉力,使物体在水平面上匀速向右运动,拉力大小是多少?(sin37°=0.6   cos37°=0.8)

正确答案

解:(1)当物体受到5N的水平拉力时,物体依然静止,由二力平衡f=F=5N

(2)当物体相对于地面运动时,由f=μFN=μmg=10N

(3)对物体进行受力可知:

水平方向:Fcos37°-f=0

竖直方向:FN+Fsin37°=mg

F=μFN

得:F===9.1N

答:(1)当物体受到5N的水平拉力时,物体依然静止,此时地面对物体的摩擦力是5N;

(2)当物体相对于地面运动时,地面对物体的摩擦力是10N;

(3)给物体施加一个与水平方向成37°斜向右上的拉力,使物体在水平面上匀速向右运动,拉力大小是9.1N.

解析

解:(1)当物体受到5N的水平拉力时,物体依然静止,由二力平衡f=F=5N

(2)当物体相对于地面运动时,由f=μFN=μmg=10N

(3)对物体进行受力可知:

水平方向:Fcos37°-f=0

竖直方向:FN+Fsin37°=mg

F=μFN

得:F===9.1N

答:(1)当物体受到5N的水平拉力时,物体依然静止,此时地面对物体的摩擦力是5N;

(2)当物体相对于地面运动时,地面对物体的摩擦力是10N;

(3)给物体施加一个与水平方向成37°斜向右上的拉力,使物体在水平面上匀速向右运动,拉力大小是9.1N.

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