- 用牛顿运动定律解决问题(二)
- 共11872题
(2015秋•金华期末)如图所示,某人用轻绳牵住一只质量m=0.5kg的氢气球,因受水平风力的作用,系氢气球的轻绳与水平方向成37°角,已知空气对气球的浮力为14N,人的质量M=60kg,空气对人的浮力不计(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2),求:
(1)轻绳拉力的大小;
(2)水平风力的大小.
正确答案
解:气球受重力、浮力、拉力和风力处于平衡,有:
F浮=G+Tsin37°
F=Tcos37°
解得:T=15T,F=12N
答:(1)轻绳拉力的大小为15N;
(2)水平风力的大小为12N.
解析
解:气球受重力、浮力、拉力和风力处于平衡,有:
F浮=G+Tsin37°
F=Tcos37°
解得:T=15T,F=12N
答:(1)轻绳拉力的大小为15N;
(2)水平风力的大小为12N.
如图所示,固定直杆与竖直方向成θ角,一质量为m的圆环套在直杆上,现施加一水平向右的大小为F的作用力,使其环沿杆匀速下滑,求:
(1)杆对环的弹力大小,并讨论其可能的方向所满足的条件;
(2)环与杆的动摩擦因数.
正确答案
解:(1)假设杆对环的弹力垂直于杆向上,沿杆和垂直于杆方向建立坐标系,则有:mgsinθ=N+Fcosθ
解得:N=mgsinθ-Fcosθ
当mgsinθ>cosθF时,N垂直于杆向上,此时N=mgsinθ-Fcosθ
当mgsinθ<Fcosθ时,N垂直于杆向下,此时N=Fcosθ-mgsinθ
( 2)沿着杆子方向有:mgcosθ+Fsinθ=f
又:f=μN
联立解得:
或
答:(1)杆对环的弹力大小为mgsinθ-Fcosθ,当mgsinθ>cosθF时,N垂直于杆向上,此时N=mgsinθ-Fcosθ,当mgsinθ<Fcosθ时,N垂直于杆向下,此时N=Fcosθ-mgsinθ;
(2)环与杆的动摩擦因数为或者
.
解析
解:(1)假设杆对环的弹力垂直于杆向上,沿杆和垂直于杆方向建立坐标系,则有:mgsinθ=N+Fcosθ
解得:N=mgsinθ-Fcosθ
当mgsinθ>cosθF时,N垂直于杆向上,此时N=mgsinθ-Fcosθ
当mgsinθ<Fcosθ时,N垂直于杆向下,此时N=Fcosθ-mgsinθ
( 2)沿着杆子方向有:mgcosθ+Fsinθ=f
又:f=μN
联立解得:
或
答:(1)杆对环的弹力大小为mgsinθ-Fcosθ,当mgsinθ>cosθF时,N垂直于杆向上,此时N=mgsinθ-Fcosθ,当mgsinθ<Fcosθ时,N垂直于杆向下,此时N=Fcosθ-mgsinθ;
(2)环与杆的动摩擦因数为或者
.
如图所示,一个质量为m=2kg的均匀球体,放在倾角θ=37°的光滑斜面上,并被斜面上一个竖直的光滑挡板挡住,处于平衡状态.求斜面对球体的支持力和挡板对球体的支持力?(g取10m/s2,sin37°=0.6、cos37°=0.8).
正确答案
解:球受三个力:G、F1、F2.如图所示:
根据平衡条件得:
F1=Gtan37°=mgtan37°=15N
F2==
=25N
答:斜面对球体的支持力为25N,挡板对球体的支持力为15N.
解析
解:球受三个力:G、F1、F2.如图所示:
根据平衡条件得:
F1=Gtan37°=mgtan37°=15N
F2==
=25N
答:斜面对球体的支持力为25N,挡板对球体的支持力为15N.
质量为2kg的物体放在水平地面上,物体与水平地面间的动摩擦因数为0.5,现给物体加一个水平拉力F,物体恰在水平面上匀速运动,若在该物体运动的过程中,突然将拉力F改为大小不变,方向竖直向下的压力,这时物体受到的摩擦力的大小是多少?(取g=10m/s2)
正确答案
解:物体在水平拉力F的作用下匀速运动时
F=Ff,而Ff=μFN=μmg,
所以F=0.5×2×10N=10N
当F竖直向下时,正压力
F′=F+mg,
即F′=10N+2×10N=30N
这时滑动摩擦力
F′f=μF′=0.5×30=15N
答:将拉力F改为大小不变,方向竖直向下的压力时,物体受到的摩擦力的大小变为15N.
解析
解:物体在水平拉力F的作用下匀速运动时
F=Ff,而Ff=μFN=μmg,
所以F=0.5×2×10N=10N
当F竖直向下时,正压力
F′=F+mg,
即F′=10N+2×10N=30N
这时滑动摩擦力
F′f=μF′=0.5×30=15N
答:将拉力F改为大小不变,方向竖直向下的压力时,物体受到的摩擦力的大小变为15N.
一光滑圆环固定在竖直平面内,环上套着两个小球A和B(中央有孔),A、B间由细绳连接着,它们处于如图中所示位置时恰好都能保持静止状态.此情况下,B球与环中心O处于同一水平面上,A、B间的细绳呈伸直状态,与水平线成30°夹角.已知B球的质量为3kg,求细绳对B球的拉力和A球的质量mA.
正确答案
解:对B球,受力分析如图,物体B物于平衡状态有:Tsin30°=mBg
得:T=2mBg=2×3×10=60N
对A球,受力分析如图,物体A处于平衡状态有
在水平方向:Tcos30°=NAsin30°
在竖直方向:NAcos30°=MAg+Tsin30°
由上两式解得:mA=2mB=6kg
答:细绳对B球的拉力为60N,A球的质量mA为6kg.
解析
解:对B球,受力分析如图,物体B物于平衡状态有:Tsin30°=mBg
得:T=2mBg=2×3×10=60N
对A球,受力分析如图,物体A处于平衡状态有
在水平方向:Tcos30°=NAsin30°
在竖直方向:NAcos30°=MAg+Tsin30°
由上两式解得:mA=2mB=6kg
答:细绳对B球的拉力为60N,A球的质量mA为6kg.
用绳AC和BC吊起一重物处于静止状态,如图所示. AC绳与竖直方向夹角37°,BC绳与竖直方向夹角为53°,g取10 m/s2,sin37°=0.6,sin53°=0.8
求:
(1)当所挂重物质量为4kg时,两绳子所受拉力多大?
(2)若AC能承受的最大拉力为80N,BC能承受的最大拉力为90N,为使两绳不断,则所挂物体质量不能超过多少?
正确答案
解:(1)结点C受到三根绳子的拉力处于平衡状态,CD绳的拉力等于物体的重力G,如图所示,根据合成法则,得:
FBC=Gsin37°=40×0.6=24N
FAC=Gcos37°=40×0.8N=32N
(2)若AC挂80N则:mg==100N
若BC挂90N则:mg==150N
为使两绳都不断取质量较小,所以不能超过100N,即10kg;
答:(1)当所挂重物质量为4kg时,AC绳子所受拉力为24N,BC绳子所受拉力为32N;
(2)所挂物体质量不能超过10千克.
解析
解:(1)结点C受到三根绳子的拉力处于平衡状态,CD绳的拉力等于物体的重力G,如图所示,根据合成法则,得:
FBC=Gsin37°=40×0.6=24N
FAC=Gcos37°=40×0.8N=32N
(2)若AC挂80N则:mg==100N
若BC挂90N则:mg==150N
为使两绳都不断取质量较小,所以不能超过100N,即10kg;
答:(1)当所挂重物质量为4kg时,AC绳子所受拉力为24N,BC绳子所受拉力为32N;
(2)所挂物体质量不能超过10千克.
一盏电灯重力为G,悬于天花板上A点,在电线O处系一细线OB,使电线OA偏离竖直方向的夹角为β=30°,如图所示.现保持β角不变,缓慢调整OB方向至OB线上拉力最小为止,此时OB与水平方向的夹角α等于多少?最小拉力是多少?
正确答案
解:对电灯受力分析如图所示,据三力平衡特点可知:OA、OB对O点的作用力FA、FB的合力F与FC等大反向,即F=FC=G
在△OFBF中,∠FOFB=90°-α
又∠OFFB=∠FOA=β,故∠OFBF=180°-(90°-α)-β=90°+α-β
由正弦定理得
联立①②解得
因β不变,故当α=β=30°时,FB最小,且FB=Gsin β=.
解析
解:对电灯受力分析如图所示,据三力平衡特点可知:OA、OB对O点的作用力FA、FB的合力F与FC等大反向,即F=FC=G
在△OFBF中,∠FOFB=90°-α
又∠OFFB=∠FOA=β,故∠OFBF=180°-(90°-α)-β=90°+α-β
由正弦定理得
联立①②解得
因β不变,故当α=β=30°时,FB最小,且FB=Gsin β=.
如图斜面始终静止在地面上,斜面上物体A质量2kg,与斜面间的最大静摩擦力为正压力的0.4倍,为使物体A在斜面上静止,问:
(1)B的质量最大值和最小值是多少?
(2)对应于B质量最大和最小两种情形地面对斜面的摩擦力分别多大(取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)?
正确答案
解:(1)当A物体刚不向下滑动时,静摩擦力达到最大值,方向沿斜面向上,由平衡条件有:
mAgsinθ-FT1-Fμ=0
当A物体刚不向上滑动时,静摩擦力也达到最大值,方向沿斜面向下.由平衡条件有:
mAgsinθ-FT2+Fμ=0
且FT1=FT2=mBmaxg
Fμ=0.4mAgcosθ
由以上各式解得所求B的质量的最小值:
mBmin=mA(sin37°-0.4cos37°)=0.56kg
B的质量的最大值:
mBmax=mA(sin37°+0.4cos37°)=1.84kg
(2)对A和斜面体整体受力分析,受重力、细线的拉力、支持力和地面的静摩擦力,根据平衡条件,静摩擦力等于拉力的水平分力,即:
FTcos37°=f
当FT=mBming=5.6N时,f1=5.6×0.8=4.48N;
当FT=mmaxg=18.4N时,f2=18.4×0.8=17.42N;
答:(1)B的质量最大值为0.56kg,最小值是1.84kg;
(2)对应于B质量最大情形,地面对斜面的摩擦力为17.42N,方向水平向左;
对应于B质量最小情形,地面对斜面的摩擦力为4.48N,方向水平向左.
解析
解:(1)当A物体刚不向下滑动时,静摩擦力达到最大值,方向沿斜面向上,由平衡条件有:
mAgsinθ-FT1-Fμ=0
当A物体刚不向上滑动时,静摩擦力也达到最大值,方向沿斜面向下.由平衡条件有:
mAgsinθ-FT2+Fμ=0
且FT1=FT2=mBmaxg
Fμ=0.4mAgcosθ
由以上各式解得所求B的质量的最小值:
mBmin=mA(sin37°-0.4cos37°)=0.56kg
B的质量的最大值:
mBmax=mA(sin37°+0.4cos37°)=1.84kg
(2)对A和斜面体整体受力分析,受重力、细线的拉力、支持力和地面的静摩擦力,根据平衡条件,静摩擦力等于拉力的水平分力,即:
FTcos37°=f
当FT=mBming=5.6N时,f1=5.6×0.8=4.48N;
当FT=mmaxg=18.4N时,f2=18.4×0.8=17.42N;
答:(1)B的质量最大值为0.56kg,最小值是1.84kg;
(2)对应于B质量最大情形,地面对斜面的摩擦力为17.42N,方向水平向左;
对应于B质量最小情形,地面对斜面的摩擦力为4.48N,方向水平向左.
某同学表演魔术时,将一小型条形磁铁藏在自己的袖子里,然后对着一悬挂的金属小球指手画脚,结果小球在他神奇的功力下飘起来.假设当隐藏的小磁铁位于小球的左上方某一位置C(图中θ=37°)时,金属小球偏离竖直方向的夹角也是37°,如图所示,已知小球的质量为m=4.8kg,该同学(含磁铁)的质量为M=50kg(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)求此时:
(1)磁铁对小球的吸引力大小为多少?
(2)该同学受到地面的支持力和摩擦力大小个为多少?
正确答案
解:(1)对小球受力分析:重力、细线的拉力和磁铁的引力.设细线的拉力和磁铁的引力分别为F1和F2.
根据平衡条件得:
水平方向:F1sin37°=F2sin37°
竖直方向:F1cos37°+F2cos37°=mg
解得:F2=30N
(2)以人为研究对象,分析受力情况:重力Mg、地面的支持力N、静摩擦力f和小球的引力F2′,
根据牛顿第三定律可知F2′=F2=30N
对人有:
f=F2′sin37°
解得:f=18N
N=F2′cos37°+Mg
解得:N=524N
答:(1)磁铁对小球的吸引力大小为30N;
(2)该同学受到地面的支持力为524N,摩擦力大小为18N.
解析
解:(1)对小球受力分析:重力、细线的拉力和磁铁的引力.设细线的拉力和磁铁的引力分别为F1和F2.
根据平衡条件得:
水平方向:F1sin37°=F2sin37°
竖直方向:F1cos37°+F2cos37°=mg
解得:F2=30N
(2)以人为研究对象,分析受力情况:重力Mg、地面的支持力N、静摩擦力f和小球的引力F2′,
根据牛顿第三定律可知F2′=F2=30N
对人有:
f=F2′sin37°
解得:f=18N
N=F2′cos37°+Mg
解得:N=524N
答:(1)磁铁对小球的吸引力大小为30N;
(2)该同学受到地面的支持力为524N,摩擦力大小为18N.
如图所示,斜面倾角为θ=37°,一质量为m=7kg的木块恰能沿斜面匀速下滑,若用一水平恒力F作用于木块上,使之沿斜面向上做匀速运动,求此恒力F的大小.(sin37°=0.6,g取10m/s)
正确答案
解:设物体与斜面间的动摩擦因数为μ,第一次匀速下滑,受力分析如图所示:
根据平衡条件,有:
mgsinθ=μmgcosθ
解得:μ=tanθ=0.75
第二次在水平恒力F的作用下匀速向上运动,受力分析如图:
根据平衡条件,有:
Fcosθ=mgsinθ+μFN=mgsinθ+μ(Fsinθ+mgcosθ)
解得:F=240N
答:此恒力F的大小为240N.
解析
解:设物体与斜面间的动摩擦因数为μ,第一次匀速下滑,受力分析如图所示:
根据平衡条件,有:
mgsinθ=μmgcosθ
解得:μ=tanθ=0.75
第二次在水平恒力F的作用下匀速向上运动,受力分析如图:
根据平衡条件,有:
Fcosθ=mgsinθ+μFN=mgsinθ+μ(Fsinθ+mgcosθ)
解得:F=240N
答:此恒力F的大小为240N.
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