- 用牛顿运动定律解决问题(二)
- 共11872题
如图所示,质量m=1g的小物块,电量q=+2×10-3C,放在倾角为370的绝缘光滑斜面上,整个斜面处在B=0.5T的匀强磁场中,磁场方向垂直于纸面向里.物块由静止开始下滑,滑到某一位置时,开始离开斜面(设斜面足够长,g=10m/s2),求:
(1)物体离开斜面时的速度为多大?
(2)物体在斜面上滑行的最大距离?
正确答案
解:分析物块的受力,垂直于斜面方向:N+Bqv=mgcos37°,
平行于斜面方向:mgsin37°=ma,
解得:a=gsin37°=6m/s2;
(1)当Bqv=mgcos37°时,N=0,物体恰要离开斜面;
解得:v=,
代入数据得:v=8m/s;
(2)由v2=2as得:s=
代入数据得:v≈5.3m
答:(1)物体离开斜面时的速度为8m/s.
(2)物体在斜面上滑行的最大距离为5.3m.
解析
解:分析物块的受力,垂直于斜面方向:N+Bqv=mgcos37°,
平行于斜面方向:mgsin37°=ma,
解得:a=gsin37°=6m/s2;
(1)当Bqv=mgcos37°时,N=0,物体恰要离开斜面;
解得:v=,
代入数据得:v=8m/s;
(2)由v2=2as得:s=
代入数据得:v≈5.3m
答:(1)物体离开斜面时的速度为8m/s.
(2)物体在斜面上滑行的最大距离为5.3m.
如图所示,木块A、B与弹簧M拴接,弹簧N的上端与木块B拴接.弹簧M、N的弹性系数分别为k1、k2,木块A、B的质量分别为m1、m2.木块A的上端用一根细绳通过一定滑轮的缓慢向上提上面的木块A,当弹簧N的下端刚离开地面时,(重力加速度为g)求:
(1)木块B移动的距离
(2)木块A移动的距离.
正确答案
解:(1)未加力提AB时:
对AB组成的整体为研究对象受力分析如图:
由平衡条件:
F=(m1+m2)g
由胡克定律:F=kx得:
此时弹簧N的形变量:x1=
弹簧N的下端刚离开地面时,弹簧N无弹力,即恢复原长:
所以B上升的距离为:
(2)未加力提AB时:对A受力分析如图:
由平衡条件:
F1=m1g
由胡克定律:F=kx得:
此时弹簧M的被压缩的量:x2=
提起后:对B受力分析如图:簧N的下端刚离开地面时,弹簧N无弹力,地面无支持力;
由平衡条件:
F2=m2g
由胡克定律:F=kx得:
此时弹簧M的被拉伸的量:x3=
所以在整个过程中:A上升的距离为:x1+x2+x3=
答:(1)木块B移动的距离:
(2)木块A移动的距离:
解析
解:(1)未加力提AB时:
对AB组成的整体为研究对象受力分析如图:
由平衡条件:
F=(m1+m2)g
由胡克定律:F=kx得:
此时弹簧N的形变量:x1=
弹簧N的下端刚离开地面时,弹簧N无弹力,即恢复原长:
所以B上升的距离为:
(2)未加力提AB时:对A受力分析如图:
由平衡条件:
F1=m1g
由胡克定律:F=kx得:
此时弹簧M的被压缩的量:x2=
提起后:对B受力分析如图:簧N的下端刚离开地面时,弹簧N无弹力,地面无支持力;
由平衡条件:
F2=m2g
由胡克定律:F=kx得:
此时弹簧M的被拉伸的量:x3=
所以在整个过程中:A上升的距离为:x1+x2+x3=
答:(1)木块B移动的距离:
(2)木块A移动的距离:
如图所示,A重40N,B重80N.A、B之间的动摩擦因数为μ=0.25,地面光滑,不计滑轮摩擦和绳子的质量,用力F拉B,使B向右做匀速直线运动,则:
(1)A受绳子的拉力T为多少;
(2)B受A的摩擦力大小为多少,方向向哪;
(3)拉力F为多少.
正确答案
解:(1)设绳的拉力T,以A为研究对象,有:T=μmAg=0.25×40=10N
(2)由牛顿第三定律可知,B受到的摩擦力的大小与B对A的摩擦力的大小相等,为:f=μmAg=0.25×40=10N,方向向左
(3)以B为研究对象,由于地面光滑,所以地面对B没有摩擦力,则由力的平衡有:F=T+f=10+10=20N
答:(1)A受绳子的拉力T为10N;
(2)B受A的摩擦力大小为10N,方向向左;
(3)拉力F为20N.
解析
解:(1)设绳的拉力T,以A为研究对象,有:T=μmAg=0.25×40=10N
(2)由牛顿第三定律可知,B受到的摩擦力的大小与B对A的摩擦力的大小相等,为:f=μmAg=0.25×40=10N,方向向左
(3)以B为研究对象,由于地面光滑,所以地面对B没有摩擦力,则由力的平衡有:F=T+f=10+10=20N
答:(1)A受绳子的拉力T为10N;
(2)B受A的摩擦力大小为10N,方向向左;
(3)拉力F为20N.
鸵鸟是当今世界上最大的鸟,有人说,如果鸵鸟能长出一副与身体大小成比例的翅膀,就能飞起来.生物学研究的结论得出:鸟的质量与鸟的体长的立方成正比.鸟扇动翅膀,获得向上的举力的大小可以表示为F=cSv2,式中S是翅膀展开后的面积,v为鸟的运动速度,c是比例常数.我们不妨以燕子和鸵鸟为例,假设鸵鸟能长出和燕子同样比例的大翅膀,已知燕子的最小飞行速度是5.5m/s,鸵鸟的最大奔跑速度为22m/s,又测得鸵鸟的体长是燕子的25倍,试分析鸵鸟能飞起来吗?
正确答案
解:燕子以最小速度飞行时,
m1g=cS1v12
而鸵鸟展翅以最大速度奔跑时,获得的举力为:
F2=cS2v22
又=252,
=
=4
可得F2=10 000m1g
而鸵鸟重力m2g=253m1g
故F2<m2g,鸵鸟不能飞起来.
答:鸵鸟真的长出一副与身体大小成比例的翅膀不能飞起来.
解析
解:燕子以最小速度飞行时,
m1g=cS1v12
而鸵鸟展翅以最大速度奔跑时,获得的举力为:
F2=cS2v22
又=252,
=
=4
可得F2=10 000m1g
而鸵鸟重力m2g=253m1g
故F2<m2g,鸵鸟不能飞起来.
答:鸵鸟真的长出一副与身体大小成比例的翅膀不能飞起来.
如图所示,一重力G1=10N的球A夹在竖直墙与三角劈B的斜面之间,恰能都静止,三角劈的重力G2=20N,劈的斜面倾角θ=37°,劈的斜面与竖直墙面是光滑的,设劈的最大静摩擦力等于滑动摩擦力.sin37°=0.6,cos37°=0.8,求:
(1)墙壁对球的弹力;
(2)地面对球的支持力大小;
(3)劈与地面间的动摩擦因数.
正确答案
解:(1)对球受力分析,如图所示:
根据平衡条件,有:
NA=G1tanθ=10×0.75=7.5N 方向水平向右
(2)地面球没有支持力,即为零;
(3)对球和劈的整体,受力如图所示:
根据平衡条件,有:
NB=G1+G2=10+20=30N
fB=NA=7.5N
故:μ=
答:(1)墙壁对球的弹力为7.5N;
(2)地面对球的支持力大小为零;
(3)劈与地面间的动摩擦因数为0.25.
解析
解:(1)对球受力分析,如图所示:
根据平衡条件,有:
NA=G1tanθ=10×0.75=7.5N 方向水平向右
(2)地面球没有支持力,即为零;
(3)对球和劈的整体,受力如图所示:
根据平衡条件,有:
NB=G1+G2=10+20=30N
fB=NA=7.5N
故:μ=
答:(1)墙壁对球的弹力为7.5N;
(2)地面对球的支持力大小为零;
(3)劈与地面间的动摩擦因数为0.25.
重150N的光滑球A悬空靠在墙和木块B之间,木块B的重力为1500N,且静止在水平地板上,如图所示,则
(1)光滑球A球受到墙和木块B给的弹力大小分别为多少?
(2)木块B受到地面的支持力和摩擦力大小分别为多少?
正确答案
解:(1)小球A和木块B受力分析如图所示:
对A,根据平衡条件,有:
FN1cos 60°=mAg
FN1sin 60°=FN2
解得:
FN1=300 N
FN2=150 N
(2)对B,根据共点力平衡条件,有:
FN1′=FN1
FN1′cos 60°+mBg=FN3
FN1′sin 60°=Ff
解得:
FN3=1 650 N,Ff=150 N
答:(1)光滑球A球受到墙的弹力大小为150N,光滑球A球受到木块B的弹力大小为300N;
(2)木块B受到地面的支持力为1650N,摩擦力为150N.
解析
解:(1)小球A和木块B受力分析如图所示:
对A,根据平衡条件,有:
FN1cos 60°=mAg
FN1sin 60°=FN2
解得:
FN1=300 N
FN2=150 N
(2)对B,根据共点力平衡条件,有:
FN1′=FN1
FN1′cos 60°+mBg=FN3
FN1′sin 60°=Ff
解得:
FN3=1 650 N,Ff=150 N
答:(1)光滑球A球受到墙的弹力大小为150N,光滑球A球受到木块B的弹力大小为300N;
(2)木块B受到地面的支持力为1650N,摩擦力为150N.
如图,质量为m=8.0kg的物体放在倾角θ=53°的固定斜面上,计算中取g=10m/s2.
(1)若物体与斜面间的动摩擦因数μ=0.50,对物体施加一水平力F,恰好能使物体沿斜面匀速上升.cos53°=0.6.求F的大小;
(2)若改变斜面的倾角θ,而不改变动摩擦因数μ,当θ取某些值时,无论用多大的水平推力F都无法使物体沿斜面匀速上滑,求满足这种情况的θ的取值范围.
正确答案
解:(1)分析物体的受力情况如图,因物块匀速上升,故物块受力平衡,则有
Fcosθ-mgsinθ-f=0
N-mgcosθ-Fsinθ=0
又f=μN
联立解得,F=440N
(2)要使物体不能再向上滑应满足
Fcosθ≤mgsinθ+μ(mgcosθ+Fsingθ)
得(F-μmg)cosθ≤(mg+μF)sinθ
解得 tanθ≥
当F为∞时
tanθ≥=2
故θ≥arctan2
答:(1)F的大小是440N.
(2)当θ≥arctan2时,无论用多大的水平推力F都无法使物体沿斜面匀速上滑.
解析
解:(1)分析物体的受力情况如图,因物块匀速上升,故物块受力平衡,则有
Fcosθ-mgsinθ-f=0
N-mgcosθ-Fsinθ=0
又f=μN
联立解得,F=440N
(2)要使物体不能再向上滑应满足
Fcosθ≤mgsinθ+μ(mgcosθ+Fsingθ)
得(F-μmg)cosθ≤(mg+μF)sinθ
解得 tanθ≥
当F为∞时
tanθ≥=2
故θ≥arctan2
答:(1)F的大小是440N.
(2)当θ≥arctan2时,无论用多大的水平推力F都无法使物体沿斜面匀速上滑.
如图,质量为m的物体置于倾角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,如图甲所示,先用平行于斜面的推力F1作用于物体上,能使其沿斜面匀速上滑,如图乙所示,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,求:F1 与F2的比.
正确答案
解:F1作用时,物体的受力情况如图1,根据平衡条件得
F1=mgsinθ+μFN
FN=mgcosθ
F2作用时,物体的受力情况如图2,根据平衡条件得
F2cosθ=mgsinθ+μFN′
FN′=mgcosθ+F2sinθ
代入解得,=
答:F1与F2的比是1:2.
解析
解:F1作用时,物体的受力情况如图1,根据平衡条件得
F1=mgsinθ+μFN
FN=mgcosθ
F2作用时,物体的受力情况如图2,根据平衡条件得
F2cosθ=mgsinθ+μFN′
FN′=mgcosθ+F2sinθ
代入解得,=
答:F1与F2的比是1:2.
一条长为L的细线,上端固定,下端拴一质量为m的带电小球,将它置于一匀强电场中,电场强度大小为E,方向水平向右.已知当细线离开竖直位置的偏角为α为30°时,小球处于平衡,如图所示.问:
(1)小球带何种电荷?
(2)小球所带的电量是多少?
(3)如果细线的偏角由α向右增大到90°,然后将小球由静止开始释放,则小球运动到悬点正下方位置时,绳上拉力多大?
正确答案
(1)由图可知,小球所受电场力方向水平向右,场强也水平向右,则小球带正电荷.
(2)以小球为研究对象,分析受力,作出力图如图.根据平衡条件得
qE=mgtanα
得到q=
(3)将细线的偏角由α向右增大到90°,由静止开始释放后,设小球运动到到悬点正下方位置时速度为v,根据动能定理得
mgL-qEL=mv2
又qE=mgtanα
得到mgL-mgLtanα=mv2①
又由牛顿第二定律得,T-mg=m②
联立①②解得
T=(3-)mg
答:
(1)小球带正电荷.
(2)小球所带的电量是.
(3)如果细线的偏角由α向右增大到90°,然后将小球由静止开始释放,小球运动到悬点正下方位置时,绳上拉力是(3-)mg.
如图1所示,一个质量m=0.1 kg的正方形金属框总电阻R=0.5 Ω,金属框放在表面绝缘的斜面AA′B′B的顶端(金属框上边与AA′重合),自静止开始沿斜面下滑,下滑过程中穿过一段边界与斜面底边BB′平行、宽度为d的匀强磁场后滑至斜面底端(金属框下边与BB′重合),设金属框在下滑过程中的速度为v,与此对应的位移为x,那么v2-x图象如图2所示,已知匀强磁场方向垂直斜面向上,金属框与斜面间的动摩擦因数μ=0.5,取g=10 m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6。
(1)根据v2-x图象所提供的信息,计算出金属框从斜面顶端滑至底端所需的时间t;
(2)求出斜面AA′B′B的倾斜角θ;
(3)求匀强磁场的磁感应强度B的大小。
正确答案
解:(1)由v2-x图象可知:
x1=0.9 m,v1=3 m/s,做匀加速运动;
x2=1.0 m,v1=3 m/s,做匀速运动;
x3=1.6 m,末速度v2=5 m/s,做匀加速运动
设线框在以上三段的运动时间分别为t1、t2、t3则x1=v1t1,所以t1=0.6 s
x2=v1t2,所以t2=s
x3=(v1+v2)t3,t3=0.4 s
t=t1+t2+t3=s
(2)线框加速下滑时,由牛顿第二定律得mgsinθ-μmgcosθ=ma
由a=5.0 m/s2得θ=53°
(3)线框通过磁场时,线框做匀速直线运动,线框受力平衡
+μmgcosθ=mgsinθ
线框的宽度L=d=0.5x2=0.5 m
得B=T
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