5.(多选)如图所示,质量为M、半径为R的半球形物体A放在水平地面上,通过最高点处的钉子用水平细线拉住一质量为m、半径为r的光滑球B。
则( )
A.A对地面的压力等于(M+m)g
B.A对地面的摩擦力方向向左
C.B对A的压力大小为mg
D.细线对小球的拉力大小为mg
答案 AC
解析 A、B叠放一起静止于水平面上,可以看做一个整体,受力分析发现只有它们的重力和地面的支持力,所以二力平衡,支持力等于重力即(M+m)g,地面对整体没有摩擦力,如果有摩擦力,则不能平衡,A正确,B错误;对B球受力分析如图所示,重力和拉力的合力与支持力等大反向,绳子拉力水平说明B的球心和A的顶端等高,即B的球心到地面高度为R,B的球心到A的球心的连线长度为R+r,那么cosα=,作重力和水平拉力的合力矢量三角形,由力的平衡知FN=,由牛顿第三定律得B对A的压力FN′=FN=mg,C正确;细绳拉力FT=mgtanα=mg,D错误。
6.(多选)如图所示,小车内有一质量为m的物块,一轻弹簧与小车和物块相连,处于压缩状态且在弹性限度内。
弹簧的劲度系数为k,形变量为x,物块和车之间的动摩擦因数为μ。
设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,运动过程中,物块和小车始终保持相对静止。
下列说法正确的是( )
A.若μmg小于kx,则车的加速度方向一定向左
B.若μmg小于kx,则车的加速度a最小值为,且车只能向左加速运动
C.若μmg大于kx,则车的加速度方向可以向左也可以向右
D.若μmg大于kx,则加速度最大值为,加速度的最小值为
答案 AC
解析 由牛顿第二定律F=ma知,若μmg小于kx,则车的加速度方向一定向左,A正确;若μmg小于kx,则车的加速度a最小值为,方向向左,可能向左加速运动,还可能向右减速运动,B错误;若μmg大于kx,则车的加速度方向可以向左也可以向右,C正确;若μmg大于kx,则加速度最大值为,加速度的最小值为0,D错误。
7.如图所示,在光滑水平桌面上有一链条,共有(P+Q)个环,每一个环的质量均为m,链条右端受到一水平拉力F。
则从右向左数,第P个环对第(P+1)个环的拉力是( )
A.FB.(P+1)F
C.D.
答案 C
解析 对整体受力分析,由牛顿第二定律得F=(P+Q)·ma,解得a=,第(P+1)个环即是左端起的第Q个环,所以对左端Q个环受力分析,由牛顿第二定律得FT=Qma=,C项正确。
8.(多选)如图所示,粗糙的水平地面上有三块材料完全相同的木块A、B、C,质量均为m,B、C之间用轻质细绳连接。
现用一水平恒力F作用在C上,三者开始一起做匀加速运动,运动过程中把一块橡皮泥粘在某一木块上面,系统仍加速运动,且始终没有相对滑动。
则在粘上橡皮泥并达到稳定后,下列说法正确的是( )
A.无论粘在哪个木块上面,系统加速度都将减小
B.若粘在A木块上面,绳的拉力减小,A、B间摩擦力不变
C.若粘在B木块上面,绳的拉力增大,A、B间摩擦力增大
D.若粘在C木块上面,绳的拉力和A、B间摩擦力都减小
答案 AD
解析 由牛顿第二定律得,未粘上橡皮泥时系统的加速度a=,因无相对滑动,所以,无论橡皮泥粘到哪块上,根据牛顿第二定律都有F-3μmg-μΔmg=(3m+Δm)a′,系统加速度都将减小,A正确;若粘在A木块上面,以C为研究对象,受水平恒力F、摩擦力μmg、绳子拉力FT,F-μmg-FT=ma′,因加速度减小,F、μmg不变,所以FT增大,B错误;若粘在B木块上面,因加速度减小,以A为研究对象,m不变,A、B间所受摩擦力减小,C错误;若粘在C木块上面,因加速度减小,A、B间的摩擦力减小,以A、B整体为研究对象,有FT-2μmg=2ma′,FT减小,D正确。
9.如图所示,质量为M的框架放在水平地面上,一轻质弹簧上端固定在框架上,下端固定一个质量为m的小球,小球上下振动时,框架始终没有跳起,当框架对地面压力为零的瞬间,小球的加速度大小为多少?
答案 g
解析 当框架对地面压力为零的瞬间,而框架始终没有跳起,分析框架可得:
弹簧对框架竖直向上的弹力F与框架的重力Mg平衡,即F=Mg,所以弹簧处于压缩状态。
再分析小球,压缩的弹簧对小球的弹力F,是竖直向下的,所以F+mg=Mg+mg=ma,所以,a=g。
10.如图所示,质量为M的木箱放在光滑水平地面上,受到一水平恒力F的作用,木箱的顶部用细绳悬挂一质量为m的小球,若想使细绳与竖直方向夹角为θ,则恒力F应为多大?
答案 (M+m)gtanθ
解析 以小球为研究对象,受力分析如图所示,根据题意小球所受合力水平向右,则:
mgtanθ=ma,解得:
a=gtanθ。
以木箱和小球整体为研究对象,由牛顿第二定律得:
F=(M+m)a=(M+m)gtanθ。
11.如图所示,水平地面上的矩形箱子内有一倾角为θ的固定斜面,斜面上放一质量为m的光滑球。
静止时,箱子顶部与球接触但无压力。
箱子由静止开始向右做匀加速直线运动,然后改做加速度大小为a的匀减速直线运动直至静止,经过的总路程为s,运动过程中的最大速度为v。
(1)求箱子加速阶段的加速度大小a′;
(2)若a>gtanθ,求减速阶段球受到箱子左壁和顶部的作用力。
答案
(1)
(2)0 m
解析
(1)由匀变速直线运动的公式有v2=2a′x1,0-v2=-2ax2,且x1+x2=s,解得:
a′=。
(2)假设球刚好不受箱子作用,应满足FNsinθ=ma0,FNcosθ=mg,解得a0=gtanθ,箱子减速时加速度水平向左,当a>gtanθ时,箱子左壁对球的作用力为零,顶部对球的力不为零。
此时球受力如图,由牛顿第二定律得FN′cosθ=F+mg,FN′sinθ=ma,解得F=m。
12.倾角为30°的光滑斜面上并排放着质量分别是mA=10kg和mB=2kg的A、B两物块,劲度系数k=400N/m的轻弹簧一端与物块B相连,另一端与固定挡板相连,整个系统处于静止状态,现对A施加一沿斜面向上的力F,使物块A沿斜面向上做匀加速运动,已知力F在前0.2s内为变力,0.2s后为恒力,g取10m/s2,求F的最大值和最小值。
答案 F的最大值为100N,最小值为60N
解析 设刚开始时弹簧压缩量为x0,
则(mA+mB)gsinθ=kx0,①
因为在前0.2s时间内,F为变力,0.2s以后,F为恒力,所以在0.2s时,B对A的作用力为0,由牛顿第二定律知:
kx1-mBgsinθ=mBa。
②
前0.2s时间内A、B向上运动的距离为:
x0-x1=at2,③
①②③式联立计算得出:
a=5m/s2。
当A、B开始运动时拉力最小,此时有:
Fmin=(mA+mB)a=60N。
当A、B分离时拉力最大,此时有:
Fmax=mA(a+gsinθ)=100N。
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