高中物理力学难题填空示例及解答:
【难题】
在水平面上有一质量为M的木块,木块上方有一质量为m的小物体,小物体与木块之间以及木块与地面之间的动摩擦因数均为μ。现给木块施加一水平向右的拉力F,大小等于小物体与木块之间的最大静摩擦力,现要保证小物体不从木块上掉下来,拉力F至少应为多大?
【填空】
拉力F至少应为μ(M+m)g。
【解答】
为了解决这个问题,我们需要应用牛顿第二定律和运动学公式。首先,考虑小物体在木块上滑动的情况。当拉力F小于最大静摩擦力时,小物体将开始滑动,此时小物体受到的摩擦力为μmg,方向向右。由于小物体和木块一起向右加速运动,因此它们之间的相互作用力也向右。因此,小物体受到的合力为μ(m+M)g,方向向右。
接下来,我们考虑小物体不滑动的最坏情况。当拉力F大于最大静摩擦力时,小物体将不会滑动。此时,小物体受到的摩擦力为最大静摩擦力,方向向右。由于小物体和木块一起向右加速运动,因此它们之间的相互作用力也向右。因此,小物体受到的合力为F-μ(m+M)g。
为了使小物体不从木块上掉下来,我们需要使这个合力最小。因此,我们可以通过求解这个合力来找到最小的拉力F。根据牛顿第二定律和运动学公式,我们可以得到:F-μ(m+M)g = ma,其中a为加速度。由于我们要求的是最小的拉力F,因此加速度a应该最小,即a=0。此时,拉力F应该等于μ(m+M)g。
所以,拉力F至少应为μ(M+m)g。
相关例题:
【例题】
一质量为M的平板小车静止在光滑水平面上,小车左端有一质量为m的小木块(可视为质点),小车和木块之间的摩擦系数为μ。现给小车施加一水平向右的恒定拉力F,大小等于两者之间的最大静摩擦力。求当小车和木块相对静止时,木块在小车上移动的距离。
【解答】
首先考虑小车和木块一起向右加速运动的情况。当拉力F大于最大静摩擦力时,木块将开始滑动,此时木块受到的摩擦力为μmg,方向向右。由于小车和木块一起向右加速运动,因此它们之间的相互作用力也向右。因此,木块受到的合力为μ(m+M)g。根据牛顿第二定律和运动学公式,我们可以得到:μ(m+M)g = ma × s,其中a为加速度,s为相对移动的距离。由于我们要求的是相对移动的距离s,因此需要用到动量定理来求解。根据动量定理和牛顿第三定律,我们可以得到:Fs - μ(m+M)g × s = 0 - (m+M)0其中Fs为拉力的冲量。将两个式子联立起来可以得到:s = Ft / μ(m+M)。其中t为时间,可以通过求解t来得到s的值。由于我们要求的是相对移动的距离s,因此需要用到动量定理来求解时间t。根据动量定理和牛顿第三定律以及运动学公式,我们可以得到:Fs - μmg × t = Mv其中v为相对速度的大小。由于我们要求的是时间t的最小值tmin,因此相对速度v应该最小,即v=0。此时tmin=0。将tmin代入到s = Ft / μ(m+M)中可以得到s = Ftmin / μ(m+M)。因此当小车和木块相对静止时,木块在小车上移动的距离为s = Ftmin / μ(m+M)。注意这个距离是相对于地面来说的。
高中物理力学难题填空:
在光滑水平面上有一质量为m的物体,受到水平恒力F作用而做匀加速直线运动,在时间t内的位移为x,则物体的加速度大小为____,恒力F的大小为____。
相关例题:
【例题1】一物体在恒力作用下做匀加速直线运动,初速度为v0,经过时间t,末速度为v1,求在这段时间内物体的位移大小x。
【分析】
根据匀变速直线运动的速度时间公式求出加速度的大小,再根据位移时间公式求出位移的大小。
【解答】
根据匀变速直线运动的速度时间公式得加速度大小为:$a = \frac{v_{1} - v_{0}}{t}$,根据位移时间公式得位移大小为:$x = \frac{v_{0} + v_{1}}{2}t$。
【例题2】一物体在恒力作用下做匀加速直线运动,初速度为v_{0},经过位移x后速度增加到v_{1},求恒力的大小。
【分析】
根据匀变速直线运动的速度位移公式求出加速度的大小,再根据牛顿第二定律求出恒力的大小。
【解答】
根据匀变速直线运动的速度位移公式得:$\frac{v_{1}^{2} - v_{0}^{2}}{2ax} = a$,解得加速度大小为:$a = \frac{v_{1}^{2} - v_{0}^{2}}{2x}$,根据牛顿第二定律得恒力的大小为:$F = ma = \frac{v_{1}^{2} - v_{0}^{2}}{2x}m$。
高中物理力学难题填空示例及解答:
【问题】一物体在水平地面上受到一个大小为10N的水平拉力,但物体没有移动。求此时物体受到的摩擦力大小。
【解答】根据牛顿第三定律,物体对地面的摩擦力等于拉力,即摩擦力大小为10N。
【问题】一物体在水平地面上受到一个大小为20N的水平拉力,物体向右移动了一段距离。求此时物体受到的摩擦力大小和方向。
【解答】根据摩擦力公式,摩擦力的大小等于压力乘以摩擦系数,即$f = \mu F_{N}$。由于物体向右移动了一段距离,所以摩擦力方向向右。根据题目条件,物体受到的摩擦力大小为$20\mu N$,其中$\mu$为摩擦系数,一般取$0.3$左右。
【例题】一物体在斜面上受到一个大小为30N的拉力,斜面倾角为30度。求此时物体受到的摩擦力和支持力大小。
【解答】首先根据受力分析,物体受到重力、斜面的支持力和拉力三个力的作用。由于拉力方向与斜面平行,所以物体受到的摩擦力与拉力方向相反,即沿斜面向上。根据牛顿第三定律,物体对斜面的压力等于物体的重力沿斜面向下的分力,即$F_{N} = mg\sin\theta$。因此,物体受到的摩擦力大小为$f = \mu F_{N} = 30\mu N$,方向沿斜面向上;支持力大小为$F_{N} = mg\cos\theta$。
以上就是高中物理力学难题填空示例及解答和相关例题的常见问题。在解决力学问题时,需要注意受力分析、摩擦系数、压力、支持力等概念和公式,同时结合实际情况进行分析和理解。
