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简答题

一质量不计的弹簧原长为10cm,一端固定于质量m=2kg的物体上,另一端施一水平拉力F.( g=10m/s2,设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等)

(1)若物体与水平面间的动摩擦因数为0.2,当弹簧拉长至14cm时,物体恰好被拉动,弹簧的劲度系数多大?

(2)若将弹簧拉长至11cm时(物体在滑动过程中),物体所受的摩擦力大小为多少?

(3)物体静止时,若将弹簧拉长至13cm,物体所受到的摩擦力大小为多少?

正确答案

解:

(1)由题意得,物体与地面间最大静摩擦力

   fmax=μN=μmg=0.2×2×10N=4N

物体恰好被拉动,物体所受弹力等于最大静摩擦力:

   F1=kx1=fmax

得k=

(2)若将弹簧拉长至11cm时(物体在滑动过程中),物体相对地面滑动,受到滑动摩擦力为

  f2=μN=μmg=0.2×2×10N=4N

(3)弹簧弹力F3=kx3=100×(13-10)×10-2N=3N<fmax

物体受到静摩擦力,大小为f3=F3=3N.

答:(1)弹簧的劲度系数100N/m;

    (2)若将弹簧拉长至11cm时(物体在滑动过程中),物体所受的摩擦力大小为4N;

    (3)物体静止时,若将弹簧拉长至13cm,物体所受到的摩擦力大小为3N.

解析

解:

(1)由题意得,物体与地面间最大静摩擦力

   fmax=μN=μmg=0.2×2×10N=4N

物体恰好被拉动,物体所受弹力等于最大静摩擦力:

   F1=kx1=fmax

得k=

(2)若将弹簧拉长至11cm时(物体在滑动过程中),物体相对地面滑动,受到滑动摩擦力为

  f2=μN=μmg=0.2×2×10N=4N

(3)弹簧弹力F3=kx3=100×(13-10)×10-2N=3N<fmax

物体受到静摩擦力,大小为f3=F3=3N.

答:(1)弹簧的劲度系数100N/m;

    (2)若将弹簧拉长至11cm时(物体在滑动过程中),物体所受的摩擦力大小为4N;

    (3)物体静止时,若将弹簧拉长至13cm,物体所受到的摩擦力大小为3N.

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如图所示,一个M=2kg的物体放在μ=0.2的粗糙水平面上,用一条质量不计的细绳绕过定滑轮和一只m0=0.1kg的小桶相连,已知:M受到的最大静摩擦力fm=4.5N,滑轮上的摩擦不计,g=10N/kg,求在以下情况中,M受到的摩擦力的大小.

(1)只挂m0处于静止状态时.

(2)只在小桶内加入m2=0.5kg的砂子时.

正确答案

解:(1)当只挂m0处于静止状态时,则G0=m0g=0.1×10N=1N<4.5N;

故M处于静止状态,

因此M受到的摩擦力的大小f1=T=m0g=1N;

(2)当在小桶内加入m2=0.5kg的砂子时,G总=(m0+m2)g=6N>4.5N;

因此M在水平面滑动,且f2=μFN=0.2×Mg=4N;

答:(1)只挂m0处于静止状态时,摩擦力大小为1N.(2)只在小桶内加入m2=0.5kg的砂子时,摩擦力大小为4N.

解析

解:(1)当只挂m0处于静止状态时,则G0=m0g=0.1×10N=1N<4.5N;

故M处于静止状态,

因此M受到的摩擦力的大小f1=T=m0g=1N;

(2)当在小桶内加入m2=0.5kg的砂子时,G总=(m0+m2)g=6N>4.5N;

因此M在水平面滑动,且f2=μFN=0.2×Mg=4N;

答:(1)只挂m0处于静止状态时,摩擦力大小为1N.(2)只在小桶内加入m2=0.5kg的砂子时,摩擦力大小为4N.

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重量G=100N的物体静止置于水平面上,物体与地面间的动摩擦因数为0.5,现给物体施加一个与水平方向成θ=37°的拉力F,F=10N,求地面对物体的摩擦力.

(sin37°=0.6,cos37°=0.8)

正确答案

解:拉力的水平分力为 

 F1cos37°=10×0.8N=8N

物体所受支持力为   

N1=mg-F1sin37°=100-10×0.6=94N

此时物体与地面间的最大静摩擦力为  

f1m=μN1=0.5×94N=47N

因为 F1cos37°<f1m

所以物体没有被拉动,仍保持静止,

此时物体所受的静摩擦力为 

f1=8N

答:地面对物体的摩擦为静摩擦力f=8N,方向向左.

解析

解:拉力的水平分力为 

 F1cos37°=10×0.8N=8N

物体所受支持力为   

N1=mg-F1sin37°=100-10×0.6=94N

此时物体与地面间的最大静摩擦力为  

f1m=μN1=0.5×94N=47N

因为 F1cos37°<f1m

所以物体没有被拉动,仍保持静止,

此时物体所受的静摩擦力为 

f1=8N

答:地面对物体的摩擦为静摩擦力f=8N,方向向左.

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用一根长为20cm,劲度系数为k=200N/m的弹簧水平拉着放在水平桌面上质量为1kg的木块,弹簧的长度逐渐伸长到22.4cm时木块开始运动,当弹簧的长度为21.7cm时,木块在桌面上匀速运动

(1)木块受到的最大静摩擦力多大?

(2)木块与桌面间的动摩擦因数是多少?(g=10m/s2

正确答案

解:(1)木块在刚滑动之前,受到静摩擦力已达到最大值,其最大值为:

Fmax=F=k(x1-x0)=200×(22.4-20)×10-2N=4.8N

(2)当木块做匀速运动时,木块受到的滑动摩擦力F与弹簧的拉力大小相等、方向相反.

F=F′=k(x2-x0)=200×(21.7-20)×10-2N=3.4N,

因为F=μFN=μG

所以动摩擦因数为:μ==0.34

答:(1)木块受到的最大静摩擦力4.8N

(2)木块与桌面间的动摩擦因数是0.34

解析

解:(1)木块在刚滑动之前,受到静摩擦力已达到最大值,其最大值为:

Fmax=F=k(x1-x0)=200×(22.4-20)×10-2N=4.8N

(2)当木块做匀速运动时,木块受到的滑动摩擦力F与弹簧的拉力大小相等、方向相反.

F=F′=k(x2-x0)=200×(21.7-20)×10-2N=3.4N,

因为F=μFN=μG

所以动摩擦因数为:μ==0.34

答:(1)木块受到的最大静摩擦力4.8N

(2)木块与桌面间的动摩擦因数是0.34

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简答题

质量5Kg的活塞夹在一个粗糙的竖立气缸缸内,活塞与缸壁间的最大静摩擦力为10N.现在利用轻质绳子通过两个光滑定滑轮将活塞与质量M的铁锭相连.问要使活塞相对缸壁静止,铁锭质量M的范围?(取g=10m/s2

正确答案

解:当钢锭质量最大时,活塞有向上滑的趋势,则活塞受到向下的静摩擦力,

此时Mg=mg+F=50+10=60N

所以最大质量为6kg

当钢锭质量最小时,活塞有向下滑的趋势,则活塞受到向上的静摩擦力,

此时Mg=mg-F=50-10=40N

所以最小质量为4kg

所以铁锭质量M的范围为4kg≤M≤6kg

答:铁锭质量M的范围为4kg≤M≤6kg

解析

解:当钢锭质量最大时,活塞有向上滑的趋势,则活塞受到向下的静摩擦力,

此时Mg=mg+F=50+10=60N

所以最大质量为6kg

当钢锭质量最小时,活塞有向下滑的趋势,则活塞受到向上的静摩擦力,

此时Mg=mg-F=50-10=40N

所以最小质量为4kg

所以铁锭质量M的范围为4kg≤M≤6kg

答:铁锭质量M的范围为4kg≤M≤6kg

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一个重为200N的物体,放在水平面上,物体与水平面的动摩擦因数μ=0.1,试计算该物体在下列几种情况下受到的摩擦力:

(1)物体开始时静止,用F=5N的水平向右的力拉物体;

(2)物体开始时静止,用F=30N的水平向右的力拉物体;

(3)物体开始以v=15m/s的初速度向左运动,用F=15N的水平向右的力拉物体.

正确答案

解:(1)由于f=5 N<fmax,物体仍静止,所受静摩擦力为5 N,方向水平向左.

(2)由于f=30 N>fmax,所以物体相对水平面向右运动,这时物体所受滑动摩擦力大小为f=μN=20 N,方向水平向左.

(3)由于物体向左运动,所受滑动摩擦力方向水平向右,大小仍等于20 N.

答:(1)物体开始时静止,用F=5N的水平向右的力拉物体,摩擦力大小为5N.

(2)物体开始时静止,用F=30N的水平向右的力拉物体,摩擦力大小为20N.

(3)摩擦力大小为20N.

解析

解:(1)由于f=5 N<fmax,物体仍静止,所受静摩擦力为5 N,方向水平向左.

(2)由于f=30 N>fmax,所以物体相对水平面向右运动,这时物体所受滑动摩擦力大小为f=μN=20 N,方向水平向左.

(3)由于物体向左运动,所受滑动摩擦力方向水平向右,大小仍等于20 N.

答:(1)物体开始时静止,用F=5N的水平向右的力拉物体,摩擦力大小为5N.

(2)物体开始时静止,用F=30N的水平向右的力拉物体,摩擦力大小为20N.

(3)摩擦力大小为20N.

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大家都用过带橡皮头的铅笔,也常用橡皮头擦去写错的字句.现在请你动手,设计两种简单的方法,估测橡皮头与纸张之间的最大静摩擦系数.

正确答案

解:方法一:

材料:一长木板和一钉子,一张普通的纸和一块橡皮,弹簧测力计和量角器

步骤:1、将纸平铺放在木板上,用钉子将纸和木板固定,将橡皮平放在纸上;

2、以长木板的一边为轴,将对应的另一边抬高,缓慢改变木板与水平桌面的夹角,直到橡皮刚好滑下;

3、用量角器量出木板与水平桌面的夹角a;

4、最大静摩擦系数为tanα;

方法二:

材料、一弹簧测力计和一细线,一长木板和一钉子,一张普通的纸和一块橡皮;

步骤:1、将纸平铺放在长木板上,用钉子将纸和木板固定,一张普通的纸和一块橡皮;

2、将细线穿过橡皮,连接着弹簧测车计,(细线保持水平)缓慢的拉着橡皮使橡皮做匀速直线运动;

3、读出弹簧测力计的读数F;

4、再用弹簧测力计测出橡皮的重力G;

5、则最大静摩擦系数为:

解析

解:方法一:

材料:一长木板和一钉子,一张普通的纸和一块橡皮,弹簧测力计和量角器

步骤:1、将纸平铺放在木板上,用钉子将纸和木板固定,将橡皮平放在纸上;

2、以长木板的一边为轴,将对应的另一边抬高,缓慢改变木板与水平桌面的夹角,直到橡皮刚好滑下;

3、用量角器量出木板与水平桌面的夹角a;

4、最大静摩擦系数为tanα;

方法二:

材料、一弹簧测力计和一细线,一长木板和一钉子,一张普通的纸和一块橡皮;

步骤:1、将纸平铺放在长木板上,用钉子将纸和木板固定,一张普通的纸和一块橡皮;

2、将细线穿过橡皮,连接着弹簧测车计,(细线保持水平)缓慢的拉着橡皮使橡皮做匀速直线运动;

3、读出弹簧测力计的读数F;

4、再用弹簧测力计测出橡皮的重力G;

5、则最大静摩擦系数为:

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一个重为400N的木箱静止在粗糙水 平面上.一人用150N的水平推力推它但未推动,如图甲所示,则此时木箱受到水平面的摩擦力大小是______N;当两个人共用200N的推力推它时,恰好能够使木箱做匀速运动,如图乙所示,则木箱与水平面间的动摩擦因数为______

正确答案

解:当一人用150N的水平推力推它但未推动,则木箱受到静摩擦力,即为150N;

当两个人共用200N的推力推它时,恰好能够使木箱做匀速运动.则推力等于滑动摩擦力,而Ff=μFN得,动摩擦因数为;

故答案为:150,0.5

解析

解:当一人用150N的水平推力推它但未推动,则木箱受到静摩擦力,即为150N;

当两个人共用200N的推力推它时,恰好能够使木箱做匀速运动.则推力等于滑动摩擦力,而Ff=μFN得,动摩擦因数为;

故答案为:150,0.5

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在水平桌面上叠放着A、B物体,如图.B与桌面间的动摩擦因数为0.4,两物体的质量分别为mA=2kg,mB=3kg.用30N的水平力F拉B时,AB未产生相对滑动,求A受到的摩擦力.(取g=10m/s2

正确答案

解:对整体受力分析,受重力、支持力和向左的滑动摩擦力,根据牛顿第二定律,有:

F-μ(mA+mB)g=(mA+mB)a

解得:a=2m/s2水平向右,

再对A受力分析,受重力、支持力和向右的静摩擦力,根据牛顿第二定律,有

fBA=mAa=2kg×2m/s2=4N

答:A受到的摩擦力为4N,方向向右.

解析

解:对整体受力分析,受重力、支持力和向左的滑动摩擦力,根据牛顿第二定律,有:

F-μ(mA+mB)g=(mA+mB)a

解得:a=2m/s2水平向右,

再对A受力分析,受重力、支持力和向右的静摩擦力,根据牛顿第二定律,有

fBA=mAa=2kg×2m/s2=4N

答:A受到的摩擦力为4N,方向向右.

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质量为20N的木块放置在水平桌面上,当用3N的力拉物块时没有拉动,则此时摩擦力为______N,当用6N的水平力拉时仍没有动,摩擦力为______N,当用8N的力拉物块时物体恰好做匀速运动,此时摩擦力为______N,当用10N的力时物体做加速运动,摩擦力为______N,这个木块与桌面间的摩擦系数为______

正确答案

解:当用3N的力拉物块木块静止时,木块在水平方向上受静摩擦力f与拉力F处于平衡状态,由平衡条件得:f=F=3N.当用6N的水平力拉时仍没有动,摩擦力为

6N;当用8N的力拉物块时物体恰好做匀速运动,此时摩擦力为f=μN=μmg=8N,解得=0.4,当用10N的力时物体做加速运动,摩擦力为滑动摩擦力8N,这个木块与桌面间的摩擦系数为0.4.

故答案为:3,6,8,8,0.4

解析

解:当用3N的力拉物块木块静止时,木块在水平方向上受静摩擦力f与拉力F处于平衡状态,由平衡条件得:f=F=3N.当用6N的水平力拉时仍没有动,摩擦力为

6N;当用8N的力拉物块时物体恰好做匀速运动,此时摩擦力为f=μN=μmg=8N,解得=0.4,当用10N的力时物体做加速运动,摩擦力为滑动摩擦力8N,这个木块与桌面间的摩擦系数为0.4.

故答案为:3,6,8,8,0.4

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简答题

重为400N的木箱,放在水平地面上,木箱与地面间的最大静摩擦力是120N,动摩擦因数是0.25.

(1)若用80N的水平推力推木箱,求木箱所受的摩擦力的大小;

(2)若用160N的水平推力推木箱,求木箱所受的摩擦力的大小.

正确答案

解:当用80N的水平力推木箱时,木箱不动,此时受的摩擦力是静摩擦力,大小与水平力推力相等,也是80N;

用160N的水平力推木箱时,160N大于120N了,物体要运动,此时受的摩擦力是滑动摩擦力,滑动摩擦力的大小为F=μFN=0.25×400N=100N;

答:(1)若用80N的水平推力推木箱,木箱所受的摩擦力的大小80N;

(2)若用160N的水平推力推木箱,木箱所受的摩擦力的大小100N.

解析

解:当用80N的水平力推木箱时,木箱不动,此时受的摩擦力是静摩擦力,大小与水平力推力相等,也是80N;

用160N的水平力推木箱时,160N大于120N了,物体要运动,此时受的摩擦力是滑动摩擦力,滑动摩擦力的大小为F=μFN=0.25×400N=100N;

答:(1)若用80N的水平推力推木箱,木箱所受的摩擦力的大小80N;

(2)若用160N的水平推力推木箱,木箱所受的摩擦力的大小100N.

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重为G的木块与水平地面间的动摩擦因数为μ,一人欲用最小的作用力F使木块做匀速运动,则此最小作用力的大小和方向应如何?

正确答案

解:对物体受力分析,受重力、拉力、支持力和摩擦力,将支持力和摩擦力合成,由于Ff=μFN,故不论FN如何改变,Ff与FN的合力F1的方向都不会发生改变,设与竖直方向的夹角为φ,如下图所示:

平面对物体的作用力F1与竖直方向的夹角一定为φ,由于tanφ=μ,

又由于F1、Fn 和G三力平衡,应构成一个封闭三角形,当改变Fn与水平方向夹角时,Fn和F1的大小都会发生改变,且Fn与F1方向垂直时Fn的值最小;

故拉力的最小值为:Fn=mgsinφ,与水平方向成arctanμ角斜向上.

答:最小作用力的大小mgsinθ,与水平方向成arctanμ角斜向上.

解析

解:对物体受力分析,受重力、拉力、支持力和摩擦力,将支持力和摩擦力合成,由于Ff=μFN,故不论FN如何改变,Ff与FN的合力F1的方向都不会发生改变,设与竖直方向的夹角为φ,如下图所示:

平面对物体的作用力F1与竖直方向的夹角一定为φ,由于tanφ=μ,

又由于F1、Fn 和G三力平衡,应构成一个封闭三角形,当改变Fn与水平方向夹角时,Fn和F1的大小都会发生改变,且Fn与F1方向垂直时Fn的值最小;

故拉力的最小值为:Fn=mgsinφ,与水平方向成arctanμ角斜向上.

答:最小作用力的大小mgsinθ,与水平方向成arctanμ角斜向上.

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如图所示,倾角为α=30°的斜面上放一定质量的物体,用K=100N/m的轻质弹簧平行于斜面吊着,物体放在PQ之间任何位置都能处于静止状态,而超过这一范围,物体都会沿斜面滑动.若lAP=22cm,lAQ=8cm,试求物体与斜面间的最大静摩擦力的大小.(g取10N/kg)

正确答案

解:令弹簧原长为L,物体在P,Q点弹簧形变量分别为x1,x2,最大静摩擦力为f,根据物体平衡得:

P点处:Kx1=mgsinα+fm

Q点处:mgsinα+kx2=fm

L+x1=0.22m

L-x2=0.08m

解得:fm=7N

答:物体与斜面间的最大静摩擦力的大小是7N.

解析

解:令弹簧原长为L,物体在P,Q点弹簧形变量分别为x1,x2,最大静摩擦力为f,根据物体平衡得:

P点处:Kx1=mgsinα+fm

Q点处:mgsinα+kx2=fm

L+x1=0.22m

L-x2=0.08m

解得:fm=7N

答:物体与斜面间的最大静摩擦力的大小是7N.

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简答题

如图所示,重物A的质量为5kg,此时A与桌面间的最大静摩擦力为10N,连接A的轻绳水平,不计定滑轮与轻绳之间的摩擦.拉力F=30N时,系统处于静止状态.求物体B的质量M的取值范围?(g=10m/s2

正确答案

解:当物体B质量大时,物体A有向右运动趋势,则静摩擦力向左最大Mg=F+Fmax=30+10=40N,∴最大M=4kg    

当物体B质量小时,物体A有向左运动趋势,则静摩擦力向右最小Mg=F-Fmax=30-10=20N,∴最小M=2kg      

综合得出物体B的质量为:2kg≤M≤4kg           

答:物体的质量取值为2kg∽4kg.

解析

解:当物体B质量大时,物体A有向右运动趋势,则静摩擦力向左最大Mg=F+Fmax=30+10=40N,∴最大M=4kg    

当物体B质量小时,物体A有向左运动趋势,则静摩擦力向右最小Mg=F-Fmax=30-10=20N,∴最小M=2kg      

综合得出物体B的质量为:2kg≤M≤4kg           

答:物体的质量取值为2kg∽4kg.

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简答题

要将质量为30kg的木箱在水平地面上推动,至少需要150N的水平推力,但在推动以后只需120N的水平推力就能使它匀速运动.(g=10m/s2

(1)求木箱所受最大静摩擦力大小;

(2)求滑动摩擦力的大小;

(3)动摩擦因数多大.

正确答案

解:

(1)由题,要将木箱在水平地面上推动,至少需要150N的水平推力,此时水平推力等于最大静摩擦力,则木箱所受最大静摩擦力大小为150N.

(2)依题,需用120N的水平推力使木箱匀速运动,由平衡条件得到,滑动摩擦力为f=120N.   

(3)木箱在水平地面上滑动,对水平地面的压力大小为N=mg=300N,则动摩擦因数μ===0.4

答:

(1)木箱所受最大静摩擦力大小是150N;

(2)滑动摩擦力的大小是120N;

(3)动摩擦因数是0.4.

解析

解:

(1)由题,要将木箱在水平地面上推动,至少需要150N的水平推力,此时水平推力等于最大静摩擦力,则木箱所受最大静摩擦力大小为150N.

(2)依题,需用120N的水平推力使木箱匀速运动,由平衡条件得到,滑动摩擦力为f=120N.   

(3)木箱在水平地面上滑动,对水平地面的压力大小为N=mg=300N,则动摩擦因数μ===0.4

答:

(1)木箱所受最大静摩擦力大小是150N;

(2)滑动摩擦力的大小是120N;

(3)动摩擦因数是0.4.

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