• 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

一个质量m=10kg的圆球被沿水平方向的绳索拉着,处于光滑的斜面上,已知斜面倾角为30°,如图所示,求绳索的拉力.(g取10m/s2

正确答案

解:对物体受力分析,受到重力mg,来F,支持力N,如图

根据共点力平衡条件,有

x方向 F-Nsin30°=0

y方向 Ncos30°-mg=0

解得

F=mgtan30°=

故绳索的拉力为

解析

解:对物体受力分析,受到重力mg,来F,支持力N,如图

根据共点力平衡条件,有

x方向 F-Nsin30°=0

y方向 Ncos30°-mg=0

解得

F=mgtan30°=

故绳索的拉力为

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简答题

如图所示,A、B是两个相同的轻弹簧,原长都是L0=10cm,劲度系数k=500N/m,如果图中悬挂的两个物体质量均为m,现测得两个弹簧的总长为26cm,则物体的质量m是多少?(取g=10N/kg)

正确答案

解:对下面物体隔离可知,B弹簧所受拉力大小为mg;对两个物体整体来分析可知:A弹簧所受拉力大小为2mg;

列出两个关系式:

kxB=mg 

kxA=2mg 

而:xA+xB=L-(L0+L0

故:L-(L0+L0)=

解得:m===1kg

答:物体的质量m是1kg.

解析

解:对下面物体隔离可知,B弹簧所受拉力大小为mg;对两个物体整体来分析可知:A弹簧所受拉力大小为2mg;

列出两个关系式:

kxB=mg 

kxA=2mg 

而:xA+xB=L-(L0+L0

故:L-(L0+L0)=

解得:m===1kg

答:物体的质量m是1kg.

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简答题

如图所示,物体A的质量为2kg,两轻绳AB和AC(LAB=2LAC)的一端连接在竖直墙上,另一端系在物体A上,今在物体A上另施加一个方向与水平方向成θ=60°角的拉力F,且保持两绳都伸直.(g取10m/s2

(1)若使绳AB的拉力为零,则F应为多大?

(2)若使绳AC的拉力为零,则F应为多大?

正确答案

解:(1)(1)当使绳AB的拉力为零,小球受到重力、F和绳子CA的拉力,作出小球受力示意图如图1,则

由平衡条件得 

 Fsinθ=mg,得F==N

(2)当使绳AC的拉力为零,小球受到重力、F和绳子AB的拉力,作出小球受力示意图如图2,由几何关系得∠BAC=60°.

根据对称性可知,TAB=F,根据平衡条件

   2Fsinθ=mg

解得,F=N

答:

(1)若使绳AB的拉力为零,则F应为N.

(2)若使绳AC的拉力为零,则F应为N.

解析

解:(1)(1)当使绳AB的拉力为零,小球受到重力、F和绳子CA的拉力,作出小球受力示意图如图1,则

由平衡条件得 

 Fsinθ=mg,得F==N

(2)当使绳AC的拉力为零,小球受到重力、F和绳子AB的拉力,作出小球受力示意图如图2,由几何关系得∠BAC=60°.

根据对称性可知,TAB=F,根据平衡条件

   2Fsinθ=mg

解得,F=N

答:

(1)若使绳AB的拉力为零,则F应为N.

(2)若使绳AC的拉力为零,则F应为N.

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简答题

如图所示,在一个倾角为θ=37°(cos37°=0.8)的斜面上,O点固定一根细绳,细绳另一端连接一个质点.现将质点放到斜面上P点,由静止释放,已知OP连线水平且间距为绳长,质点滑动到细绳转过角度α=90°的位置时刚好停止.问:

(1)质点与斜面间动摩擦因数μ为多少?

(2)试描述质点放到斜面上哪些位置时可以平衡?已知最大静摩擦力与滑动摩擦力相等.

正确答案

解:(1)将重力分解为下滑分力和垂直斜面分力,有

G1=mgsinθ

G2=mgcosθ

由于物体在垂直斜面方向无滑动,受力平衡,故

N=G2=mgcosθ                      (1)

则物体所受的滑动摩擦力

f=μN=mgcosθ                      (2)

在物体摆动90度的过程中,由动能定理,有

          (3)

由(2)(3)可得:

=                    (4)

(2)根据上问数据可知

f<G1

所以如果没有细绳物体不可能在斜面上平衡,所以物体平衡时应该使细绳拉紧,物体首先应停在斜面上以O为圆心,绳子长为半径的圆上.

假设物体处于临界平衡状态,摩擦力为最大静摩擦力f,设此时细绳与OP夹角α0,由物体平衡,三力合力为零,固有

                (5)

综上所述,物体能够平衡的位置为以O为圆心,下方使得细绳与OP夹角α取值范围为:[arccos]

答:(1)质点与斜面间动摩擦因数μ为

(2)物体能够平衡的位置为以O为圆心,下方使得细绳与OP夹角α取值范围为:[arccos].

解析

解:(1)将重力分解为下滑分力和垂直斜面分力,有

G1=mgsinθ

G2=mgcosθ

由于物体在垂直斜面方向无滑动,受力平衡,故

N=G2=mgcosθ                      (1)

则物体所受的滑动摩擦力

f=μN=mgcosθ                      (2)

在物体摆动90度的过程中,由动能定理,有

          (3)

由(2)(3)可得:

=                    (4)

(2)根据上问数据可知

f<G1

所以如果没有细绳物体不可能在斜面上平衡,所以物体平衡时应该使细绳拉紧,物体首先应停在斜面上以O为圆心,绳子长为半径的圆上.

假设物体处于临界平衡状态,摩擦力为最大静摩擦力f,设此时细绳与OP夹角α0,由物体平衡,三力合力为零,固有

                (5)

综上所述,物体能够平衡的位置为以O为圆心,下方使得细绳与OP夹角α取值范围为:[arccos]

答:(1)质点与斜面间动摩擦因数μ为

(2)物体能够平衡的位置为以O为圆心,下方使得细绳与OP夹角α取值范围为:[arccos].

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简答题

如图所示,在倾角为37°的固定斜面上,放置一个质量为5kg的物体,物体与斜面间的动摩擦因数为0.8.已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2

(1)若物体静止在斜面上,求物体所受的摩擦力

(2)若用力F平行于斜面向上拉物体,使之向上匀速运动,求拉力F的大小.

正确答案

解:(1)物体静止在斜面上时,物体受到的静摩擦力

f=mgsinθ=0.6mg=30N,方向沿斜面向上

(2)当物体沿斜面向上被匀速拉动时,

F=mgsinθ+μmgcosθ=62N

答:(1)物体所受的摩擦力大小为30N,方向沿斜面向上;

(2)若改用沿斜面向上的力拉物体,使之向上匀速运动,则拉力是62N.

解析

解:(1)物体静止在斜面上时,物体受到的静摩擦力

f=mgsinθ=0.6mg=30N,方向沿斜面向上

(2)当物体沿斜面向上被匀速拉动时,

F=mgsinθ+μmgcosθ=62N

答:(1)物体所受的摩擦力大小为30N,方向沿斜面向上;

(2)若改用沿斜面向上的力拉物体,使之向上匀速运动,则拉力是62N.

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简答题

如图在倾角为30°的光滑斜面上放着一个质量M=2kg的物体A,由轻绳与质量为m的物体B相连,如图所示,A和B都处于静止状态,求B物体的质量为多大?

(g取10N/kg)

正确答案

解:将A物体所受的重力分解为沿斜面向下的分力GA1和垂直斜面向下的GA2

则  GA1=Mgsin30°   

它与绳子对A物的拉力T平衡,则 T=GA1

对于物体B:绳子拉力T与重力GB平衡,因此 GB=T

GB=mg

解得,m=1kg.

答:B物体的质量为1kg.

解析

解:将A物体所受的重力分解为沿斜面向下的分力GA1和垂直斜面向下的GA2

则  GA1=Mgsin30°   

它与绳子对A物的拉力T平衡,则 T=GA1

对于物体B:绳子拉力T与重力GB平衡,因此 GB=T

GB=mg

解得,m=1kg.

答:B物体的质量为1kg.

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简答题

一个光滑的球体A按图示方法放在斜面体B和C上(B、C之间没有相互作用),B斜面与水平方向成60°角,C斜面与水平方向成30°角,三个物体的质量均为m,且均处于静止状态.求:

(1)分别求出斜面体B和C对球A的支持力?

(2)斜面体B受到地面的支持力.

正确答案

解:(1)将A球的重力沿垂直于两个斜面的方向进行分解,如图,

由几何知识得:G1=Gsin30°=mg

G2=Gcos30°=mg

即A球对斜面体BC的压力分别为mg和mg,

根据牛顿第三定律斜面体B和C对球A的支持力分别为mg和mg;

(2)对B受力分析,竖直方向:mg+G1sin30°=N

得:N=mg

答:(1)斜面体B和C对球A的支持力分别为mg和mg;

(2)斜面体B受到地面的支持力为mg.

解析

解:(1)将A球的重力沿垂直于两个斜面的方向进行分解,如图,

由几何知识得:G1=Gsin30°=mg

G2=Gcos30°=mg

即A球对斜面体BC的压力分别为mg和mg,

根据牛顿第三定律斜面体B和C对球A的支持力分别为mg和mg;

(2)对B受力分析,竖直方向:mg+G1sin30°=N

得:N=mg

答:(1)斜面体B和C对球A的支持力分别为mg和mg;

(2)斜面体B受到地面的支持力为mg.

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简答题

(2015秋•成都校级期末)如图所示,重50N的物体在与水平方向成37°角的拉力作用下在水平地面上保持静止,其中F=30N.试求物体所受的支持力和摩擦力.(cos37°=0.8,sin37°=0.6)

正确答案

解:对物体受力分析,如图,物体保持静止,受力平衡,

竖直方向:N+Fsinθ-mg=0     

解得:N=50-30×0.6=32N

水平方向:f=Fcos37°=30×0.8N=24N

答:物体所受的支持力为32N,摩擦力为24N.

解析

解:对物体受力分析,如图,物体保持静止,受力平衡,

竖直方向:N+Fsinθ-mg=0     

解得:N=50-30×0.6=32N

水平方向:f=Fcos37°=30×0.8N=24N

答:物体所受的支持力为32N,摩擦力为24N.

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简答题

(2015秋•莆田校级月考)轻绳的长度一定,两端A、B固定在天花板上,现用挂钩将一重为250N的物体挂在绳子上的C点,如图所示,两端与竖直方向的夹角分别为37°和53°.求:轻绳AC段和BC段的拉力T1、T2的值(已知sin53°=0.8)

正确答案

解:取C点为研究对象进行受力分析如图所示:

因为物体平衡,根据平衡条件得:

T1=Gcos37°

T2=Gcos37°

代入数据解得:T1=200N,T2=150N.

答:轻绳AC段和BC段的拉力T1、T2的值分别为200N和150N.

解析

解:取C点为研究对象进行受力分析如图所示:

因为物体平衡,根据平衡条件得:

T1=Gcos37°

T2=Gcos37°

代入数据解得:T1=200N,T2=150N.

答:轻绳AC段和BC段的拉力T1、T2的值分别为200N和150N.

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简答题

如图所示,用系于天花板上的两根轻绳AC、BC将小球悬挂于C点并使其处于平衡状态.已知BC绳上的拉力为60N,α=53°,β=37°.试求小球的质量为多少?(sin37°=0.6,sin53°=0.8;g=10m/s2

正确答案

解:对小球进行受力分析:

将FA和FB合成F,由于小球处于平衡状态,所以F=G.

根据力图的几何关系可得:

F==N=100N=G=mg,

所以m=10 kg.

答:小球的质量为10kg.

解析

解:对小球进行受力分析:

将FA和FB合成F,由于小球处于平衡状态,所以F=G.

根据力图的几何关系可得:

F==N=100N=G=mg,

所以m=10 kg.

答:小球的质量为10kg.

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