1.质量为m的木块,以一定的初速度沿倾角为θ的斜面向上滑动,斜面静止不动,木块与斜面间的动摩擦因数为μ,如图所示,求:
(1)木块向上滑动的加速度.
(2)若此木块滑到最大高度后,能沿斜面下滑,下滑时的加速度大小.
2.如图所示,质量为1 kg的物体静止在水平面上,物体与水平面间的动摩擦因数μ=0.5,物体受到大小为20 N、与水平方向成37°角斜向下的推力F作用时,沿水平方向做匀加速直线运动,求物体的加速度大小.(g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)
3.质量为2 kg的质点同时受到相互垂直的两个力F1、F2的作用,其中F1=3 N、F2=4 N,求质点的加速度大小和方向.
4.如图所示,质量为4 kg的物体静止于水平面上.现用大小为40 N,与水平方向夹角为37°的斜向上的力拉物体,使物体沿水平面做匀加速运动(g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8).
(1)若水平面光滑,物体的加速度是多大?
(2)若物体与水平面间的动摩擦因数为0.5,物体的加速度是多大?
6.如图所示,一木块沿倾角θ=37°的光滑斜面自由下滑.g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8.
(1)求木块的加速度大小;
(2)若木块与斜面间的动摩擦因数μ=0.5,求木块加速度的大小.
答案解析
1.【答案】(1)g(sinθ+μcosθ),方向沿斜面向下
(2)g(sinθ-μcosθ),方向沿斜面向下
【解析】(1)以木块为研究对象,在上滑时受力如图所示.
根据题意,加速度方向沿斜面向下.将各力沿斜面和垂直斜面方向正交分解.
由牛顿第二定律有
mgsinθ+Ff=ma①
FN-mgcosθ=0 ②
且Ff=μFN③
由①②③式解得a=g(sinθ+μcosθ),方向沿斜面向下.
(2)当木块沿斜面下滑时,木块受到滑动摩擦力大小等于Ff,方向沿斜面向上.由牛顿第二定律有
mgsinθ-Ff=ma′ ④
由②③④式解得a′=g(sinθ-μcosθ),方向沿斜面向下.
2.【答案】5 m/s2
【解析】取物体为研究对象,受力分析如图所示,建立直角坐标系.
在水平方向上:Fcos 37°-Ff=ma①
在竖直方向上:FN=mg+Fsin 37°②
又因为:Ff=μFN③
联立①②③得:a=5 m/s2.
3.【答案】2.5 m/s2 方向与F2成37°角斜向上
【解析】方法一 以质点为研究对象,其受力情况如图所示,根据平行四边形定则求出F1、F2的合力F=
=
N=5 N
设F的方向与F2成α角,如图
tanα=
=
,α=37°
由牛顿第二定律得a=
=
m/s2=2.5 m/s2
加速度方向与合外力方向相同,即与F2成37°角斜向上.
方法二 利用力的独立性原理
如方法一中图,a1=
=
m/s2=1.5 m/s2,a2=
=
m/s2=2 m/s2,tanα=
=
=
,α=37°
所以a=
=
m/s2=2.5 m/s2,方向与F2成37°角斜向上.
4.【答案】(1)8 m/s2 (2)6 m/s2
【解析】(1)水平面光滑时物体的受力情况如图甲所示
由牛顿第二定律:Fcos 37°=ma1①
解得a1=8 m/s2②
(2)水平面不光滑时,物体的受力情况如图乙所示
Fcos 37°-Ff=ma2③
FN′+Fsin 37°=mg④
Ff=μFN′⑤
由③④⑤得:a2=6 m/s2.
5.【答案】(1)600 N (2)840 N (3)300 N
【解析】(1)匀速上升时:由平衡条件得:
FN1=mg=600 N,
由牛顿第三定律得:人对体重计压力为600 N,即体重计示数为600 N.
(2)加速上升时,由牛顿第二定律得:
FN2-mg=ma1,
FN2=mg+ma1=840 N
由牛顿第三定律得:人对体重计压力为840 N,即体重计示数为840 N.
(3)加速下降时,由牛顿第二定律得:
mg-FN3=ma3,
FN3=mg-ma3=300 N,
由牛顿第三定律得:人对体重计压力为300 N,即体重计示数为300 N.
6.【答案】(1)6 m/s2 (2)2 m/s2
【解析】(1)分析木块的受力情况如图所示,木块受重力mg、支持力FN两个力作用,合外力大小为mgsinθ,
根据牛顿第二定律得mgsinθ=ma1
所以a1=gsinθ=10×0.6 m/s2=6 m/s2.
(2)若斜面粗糙,物体的受力情况如图所示,建立直角坐标系.
在x方向上(沿斜面方向上)mgsinθ-Ff=ma2①
在y方向上(垂直斜面方向上)FN=mgcosθ②
又因为Ff=μFN③
由①②③得a2=gsinθ-μgcosθ=(10×0.6-0.5×10×0.8)m/s2=2 m/s2.
,