13:1/2
14:25n
15:fn′=fn=g.
16:150n<f≤180n;提示:当f=150n时,物体刚要动;当f=180n时,ab间刚要相对滑动。
17.150 n≤f≤180 n。提示:当f=150 n时,可向上匀速运动;当f=180 n时,a、b问的拉力达到最大。
18:解析:力f的大小决定了a物体相对斜面的运动趋势。当f较小时,物体a有沿斜面向下运动的趋势,受斜向上的摩擦力,当f较大时,物体a有沿斜面向上运动的趋势,受斜向下的摩擦力。
受力分析如图,图(甲)为物体a有斜向上运动趋势时,图(乙)为物体a有斜向下运动趋势时。沿斜面和垂直斜面建立坐标系,由平衡的条件可得:
甲乙。对甲在x轴上:fcos α=gsin α+ff ①
在y轴上:fn=fsin α+gcos
又因为ff=μfn
由①②③可得f==0.72g
对乙在x轴上:fcos α+ff=gsin α
在y轴上:fn=gcos α+fsin α
且ff=μfn
由④⑤⑥得f==0.45g.
考虑两个结果知,水平力f的取值范围为:0.45g≤f≤0.72g.
答案:0.45g≤f≤0.72g
19:解析:令x1表示未加f时弹簧的压缩量,由胡克定律和牛顿定律可知①,令x2表示b刚要离开c时弹簧的伸长量, a表示此时a的加速度,由胡克定律和牛顿定律可知:
kx2=mbgsinθ ②f-magsinθ-kx2=maa ③,由②③式可得,由题意 d=x1+x2 ⑤,由①②⑤式可得。
20:当加速度a较小时,小球与斜面体一起运动,此时小球受重力、绳拉力和斜面的支持力作用,绳平行于斜面,当加速度a足够大时,小球将“飞离”斜面,此时小球受重力和绳的拉力作用,绳与水平方向的夹角未知,题目中要求a=10 m/s2时绳的拉力及斜面的支持力,必须先求出小球离开斜面的临界加速度a0.(此时,小球所受斜面支持力恰好为零)
由mgcotθ=ma0,所以a0=gcotθ=7.5 m/s2,因为a=10 m/s2>a0,所以小球离开斜面fn=0,小球受力情况如图,则tcosα=ma,tsinα=mg,所以t==2.83 n,fn=0.
21:(1)物体受滑动摩擦力向右,物体向右加速,其加速度,经t1加速与皮带等速时,,滑动摩擦力消失,此时位移。剩下s2=5-4=1m,物体作匀速运动,经到达b点,,总时间。
2)因为v0=4.4m/s>4m/s,所以物体受的滑动摩擦力向左,物体减速,经t1减速到与皮带等速时,滑动摩擦力消灭, (其加速度仍为a=μg=2m/s2),此时位移为。剩下4.
16m物体匀速,到达b时间1.04s,所以总时间为t=t1+t1=1.24s。
3)v0=3m/s,物体受滑动摩擦力向右,物体减速,加速度仍为a=2m/s2。设它减速到零时的最大位移是sm,,所以未到a点就返回向右匀加速运动,其加速度为a=2m/s2,所以回到b点速度大小仍为3m/s2。总花时间。
4)同上分析,物体向左的最大位移,所以未到a点就反向右加速运动,当速度达到4m/s(与皮带等速)时,就匀速而抵达b点。物体匀变速运动时间,匀变速运动位移,匀速运动时间,所以总共时间。
22:(1)对初始时刻:mgsin-mgcos=ma0,由右图读出a0=4m/s2代入上式,解得:==0.25。
2)对末时刻加速度为零:mgsin-fn-kvcos=0,又fn=mgcos+kvsin,由图得出此时v=5 m/s代入上式解得:k==0.84kg/s。
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