• 用牛顿运动定律解决问题(二)
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简答题

质量为9.8kg的木块放在水平地面上,在大小为30N、方向与水平成37°斜向上拉力作用下恰好沿水平地面匀速滑动.若改用水平拉力,使该木块在水平地面上仍匀速滑动,水平拉力应为多大?(取sin37°=0.6,cos37°=0.8.)

正确答案

解:当拉力斜向上时,受力如图,根据正交分解得,

f=Fcos37°=30×0.8N=24N

N=mg-Fsin37°=98-30×0.6N=80N

所以

当拉力改为水平方向,有F′=μmg=0.3×98N=29.4N.

答:水平拉力应为29.4N.

解析

解:当拉力斜向上时,受力如图,根据正交分解得,

f=Fcos37°=30×0.8N=24N

N=mg-Fsin37°=98-30×0.6N=80N

所以

当拉力改为水平方向,有F′=μmg=0.3×98N=29.4N.

答:水平拉力应为29.4N.

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简答题

如图所示,斜面倾角θ=30°,物体重G=100N,与斜面间的动摩擦因数为μ=0.2,用平行于斜面向上的拉力F拉物体使其沿斜面向上匀速运动,求拉力F的大小.

正确答案

解:由于物体沿斜面向上做匀速运动,作出物体受力分析如图所示:

由物体平衡条件得:

平行斜面方向:F-Gsinθ-μN=0

垂直斜面方向:N-Gcosθ=0

联立并代入数据得:F≈67.3N

答:拉力F的大小为67.3N.

解析

解:由于物体沿斜面向上做匀速运动,作出物体受力分析如图所示:

由物体平衡条件得:

平行斜面方向:F-Gsinθ-μN=0

垂直斜面方向:N-Gcosθ=0

联立并代入数据得:F≈67.3N

答:拉力F的大小为67.3N.

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简答题

如图所示:一根光滑的丝带两端分别系住物块A、C,丝带绕过两定滑轮,在两滑轮之间的丝带上放置了球B,D通过细绳跨过定滑轮水平牵引C物体.整个系统处于静止状态.已知MA=kg,MC=2.8kg,MD=0.1kg,B物体两侧丝带间夹角为60°,与C物体连接丝带与水平面夹角为45°.此时C恰能保持静止状态.求:(g=10m/s2

(1)物体B的质量m;

(2)物体C与地面间的摩擦力f;

(3)物体C与地面的摩擦因数μ(假设滑动摩擦力等于最大静摩擦力).

正确答案

解:(1)对B受力分析知:

根据平衡条件:2MAg•cos30°=mg

m=

(2)对C受力分析知:

水平方向受力平衡:MAgcos45°=MDg+f

得:f=9N

(3)由f=μN知

=0.5.

答:(1)物体B的质量m为kg;

(2)物体C与地面间的摩擦力f为9N;

(3)物体C与地面的摩擦因数μ为0.5.

解析

解:(1)对B受力分析知:

根据平衡条件:2MAg•cos30°=mg

m=

(2)对C受力分析知:

水平方向受力平衡:MAgcos45°=MDg+f

得:f=9N

(3)由f=μN知

=0.5.

答:(1)物体B的质量m为kg;

(2)物体C与地面间的摩擦力f为9N;

(3)物体C与地面的摩擦因数μ为0.5.

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简答题

如图所示,水平放置的两导轨P、Q间的距离L=0.5m,垂直于导轨平面的竖直向上的匀强磁场的磁感应强度B=2T,垂直于导轨放置的ab棒的质量m=1kg,系在ab棒中点的水平绳跨过定滑轮与重量G=3N的物块相连.已知ab棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.2,电源的电动势E=10V、内阻r=0.1Ω,导轨的电阻及ab棒的电阻均不计.要想ab棒处于静止状态,R应在哪个范围内取值?(g取10m/s2

正确答案

解:依据物体的平衡条件可得,

ab棒恰不右滑时:

G-μmg-BI1L=0,

得I1=1A;

ab棒恰不左滑时:

G+μmg-BI2L=0,

得:I2=5A;

根据闭合电路欧姆定律可得:

E=I1(R1+r)

E=I2(R2+r)

代入数据得:R1=9.9Ω,R2=1.9Ω;

所以R的取值范围为:

1.9Ω≤R≤9.9Ω;

答:要想ab棒处于静止状态,R的范围是1.9Ω≤R≤9.9Ω.

解析

解:依据物体的平衡条件可得,

ab棒恰不右滑时:

G-μmg-BI1L=0,

得I1=1A;

ab棒恰不左滑时:

G+μmg-BI2L=0,

得:I2=5A;

根据闭合电路欧姆定律可得:

E=I1(R1+r)

E=I2(R2+r)

代入数据得:R1=9.9Ω,R2=1.9Ω;

所以R的取值范围为:

1.9Ω≤R≤9.9Ω;

答:要想ab棒处于静止状态,R的范围是1.9Ω≤R≤9.9Ω.

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简答题

如图所示,OA、OB、OC三段轻绳结于O点,下方轻绳OC悬挂质量为m1=0.3kg的物体甲.轻绳OB水平,B端与放置在水平面上的质量为m2=2kg的物体乙相连,物体乙恰好处于静止状态,已知物体乙与地面间的动摩擦因数为μ=0.2,重力加速度g取10m/s2,可认为最大静摩擦力与滑动摩擦力相等.求:

(1)轻绳OB对物体乙的拉力是多大;

(2)轻绳OA受到的拉力是多大.

正确答案

解:(1)以乙为研究对象受力分析,根据平衡条件:μm2g=TB=0.2×2×10=4N

(2)以结点为研究对象受力分析如图:

TA===5N

根据牛顿第三定律绳子OA受到的拉力TA′=TA

答:(1)轻绳OB对物体乙的拉力是4N;

(2)轻绳OA受到的拉力是5N.

解析

解:(1)以乙为研究对象受力分析,根据平衡条件:μm2g=TB=0.2×2×10=4N

(2)以结点为研究对象受力分析如图:

TA===5N

根据牛顿第三定律绳子OA受到的拉力TA′=TA

答:(1)轻绳OB对物体乙的拉力是4N;

(2)轻绳OA受到的拉力是5N.

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简答题

如图,在水平粗糙横杆上,有一质量为m的小圆环A,用一细线悬吊一个质量为m的球B.现用一水平拉力缓慢地拉起球B,使细线与竖直方向成37°角,此时环A仍保持静止(sin37°=0.6°,cos37°=0.8).求:

(1)水平拉力F的大小;

(2)横杆对环的支持力和摩擦力的大小.

正确答案

解:(1)取小球为研究对象进行受力分析,受到拉力F、重力G、细线拉力FT,由平衡规律得:

FTsin37°=F

FTcos37°=mg

联立解得:

F=0.75mg   

(2)取AB组成的系统为研究对象,受到总重力、支持力、拉力和滑动摩擦力,如图

根据共点力平衡条件,有

FN=2mg

Ff=F

故横杆对环的支持力大小为2mg,方向竖直向上,环受到的摩擦力大小为0.75mg,方向水平向左.

答:(1)水平拉力F的大小为0.75mg;

(2)横杆对环的支持力为2mg,摩擦力的大小为0.75mg.

解析

解:(1)取小球为研究对象进行受力分析,受到拉力F、重力G、细线拉力FT,由平衡规律得:

FTsin37°=F

FTcos37°=mg

联立解得:

F=0.75mg   

(2)取AB组成的系统为研究对象,受到总重力、支持力、拉力和滑动摩擦力,如图

根据共点力平衡条件,有

FN=2mg

Ff=F

故横杆对环的支持力大小为2mg,方向竖直向上,环受到的摩擦力大小为0.75mg,方向水平向左.

答:(1)水平拉力F的大小为0.75mg;

(2)横杆对环的支持力为2mg,摩擦力的大小为0.75mg.

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简答题

如图所示,物体处于静止状态,其重力G=10N,AO绳与顶板间的夹角θ=45°,BO绳水平,绳子不可伸长,则AO绳和BO绳的拉力大小各为多少?

正确答案

解:重物静止,则重物对O点的拉力F=G=10N

将重物对O点的拉力按效果进行分解,由平行四边形定则作出力的分解图,则得

F1=F=10N

F2=Fcotθ=Gcotθ=10N

答:AO绳的拉力大小为10N,BO绳的拉力大小为10N.

解析

解:重物静止,则重物对O点的拉力F=G=10N

将重物对O点的拉力按效果进行分解,由平行四边形定则作出力的分解图,则得

F1=F=10N

F2=Fcotθ=Gcotθ=10N

答:AO绳的拉力大小为10N,BO绳的拉力大小为10N.

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简答题

重10N的木块用水平力F压在竖直墙上静止不动,已知F=100N,木块与墙的动摩擦因数μ=0.25,此时墙对木块的摩擦力的大小是______;若撤去力F,木块沿墙下滑,则此时墙对木块的摩擦力大小是______

正确答案

解:木块用水平力F压在竖直墙上静止不动,木块在竖直方向上受到的重力和静摩擦力平衡,即 此时墙对木块的摩擦力的大小:f=G=10N.

若撤去力F,木块沿墙下滑,木块对墙壁没有压力,则没有摩擦力.即此时此时墙对木块的摩擦力大小是0.

故答案为:10N,0.

解析

解:木块用水平力F压在竖直墙上静止不动,木块在竖直方向上受到的重力和静摩擦力平衡,即 此时墙对木块的摩擦力的大小:f=G=10N.

若撤去力F,木块沿墙下滑,木块对墙壁没有压力,则没有摩擦力.即此时此时墙对木块的摩擦力大小是0.

故答案为:10N,0.

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简答题

放风筝是大家喜欢玩的一种户外体育活动--手上牵着线拉着风筝迎风向前跑,就可以将风筝放飞到高处.有一个小朋友将一只质量为m1=0.5kg的风筝放飞到空中后,拉着线的下端站在水平地面上静止,任凭风儿将风筝吹着,此时风筝恰好静止在空中.如图所示,风筝线与竖直方向成370角,这时小朋友拉住线的力为FT=10N,不计风筝所受的浮力,忽略线的重力及风对线和小朋友的影响(g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8),求:

(1)若该小朋友质量为m2=20kg,则小朋友对地面的压力FN为多大;

(2)风筝所受风力F的大小.

正确答案

解:(1)对小朋友受力如图2

Tsin53°+N′=m2g

解得N‘=192N

由牛顿第三定律可知:小朋友对地面的压力为:

N=192N,方向竖直向下.

故小朋友对地面的压力大小为192N.

(2)如图1所示,风筝受力如图.设风力F与水平方向成β角,则:

Fcosβ=Tcos53°

Fsinβ=m1g+Tsin53°

解得:F=N,tanβ=2

故风筝所受的风力大小为N,方向与水平方向夹角满足tanβ=2.

答:

(1)若该小朋友质量为m2=20kg,则小朋友对地面的压力FN为192N;

(2)风筝所受风力F的大小是大小为N,方向与水平方向夹角满足tanβ=2.

解析

解:(1)对小朋友受力如图2

Tsin53°+N′=m2g

解得N‘=192N

由牛顿第三定律可知:小朋友对地面的压力为:

N=192N,方向竖直向下.

故小朋友对地面的压力大小为192N.

(2)如图1所示,风筝受力如图.设风力F与水平方向成β角,则:

Fcosβ=Tcos53°

Fsinβ=m1g+Tsin53°

解得:F=N,tanβ=2

故风筝所受的风力大小为N,方向与水平方向夹角满足tanβ=2.

答:

(1)若该小朋友质量为m2=20kg,则小朋友对地面的压力FN为192N;

(2)风筝所受风力F的大小是大小为N,方向与水平方向夹角满足tanβ=2.

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简答题

(2015秋•河源期末)一根轻质弹簧,倔强系数为K.当弹簧竖直吊起质量为10kg的物体,物体处于静止状态,弹簧伸长了10.0cm;用弹簧拉着该物体沿粗糙水平面滑动,当弹簧沿与水平方向成37°斜向上拉时,弹簧伸长4.0cm,物体恰沿水平面做匀速直线运动;.(g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)

求:(1)弹簧的倔强系数K.

(2)物体与水平面间的滑动摩擦系数μ.

正确答案

解:(1)弹簧竖直悬挂物体静止时,由平衡条件有:

kx1=mg

解得:k=1000N/m

(2)弹簧斜向上拉着物体在地面上匀速运动时,对物体分析受力如图,

由胡克定律有:F=kx=40N  

简化受力分析图如图:

由平衡条件得:

    水平方向:f=Fcosθ 

    竖直方向:N+Fsinθ=G

代入解得:f=32N,N=76N

由摩擦力公式有:f=μN

解得:μ=

答:(1)弹簧的倔强系数1000N/m.

(2)物体与水平面间的滑动摩擦系数

解析

解:(1)弹簧竖直悬挂物体静止时,由平衡条件有:

kx1=mg

解得:k=1000N/m

(2)弹簧斜向上拉着物体在地面上匀速运动时,对物体分析受力如图,

由胡克定律有:F=kx=40N  

简化受力分析图如图:

由平衡条件得:

    水平方向:f=Fcosθ 

    竖直方向:N+Fsinθ=G

代入解得:f=32N,N=76N

由摩擦力公式有:f=μN

解得:μ=

答:(1)弹簧的倔强系数1000N/m.

(2)物体与水平面间的滑动摩擦系数

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