AP物理1:力

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例子问题

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问题1:法向力和重量

一块质量为10kg的铁块放在与水平线有30度角的斜面上。作用在铁块上的法向力是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

系统的自由体图如下:

物体上的法向力是多少是物体的重量。

,我们可以表示为:

如果你不明白为什么它是余弦而不是正弦,实际地考虑一下这个系统。坡度越平,法向力越大。角度越小(产生一个更平坦的斜率),余弦值就越大,随后法向力就越大。

现在我们可以简单地代入给定的值:

问题1:部队

一个人试图举起一个很重的东西通过施加向上的力来摇动,却无法向上移动。计算需要多少额外的力才能把石头从地面抬起来。

可能的答案:

正确答案:

解释

首先,计算作用在岩石上的重力。

它施加的力是向下,意思是如果这个人至少用力那么他或她就能把它举起来。相反,这个人只申请了.这意味着这个人需要申请额外的力来提升岩石。

问题1:法向力和重量

考虑以下系统:

Slope_1

如果物体以角度向下加速速率为,块体与坡体之间的动摩擦系数是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

在这种情况下,有两种力量在起作用:第一种是重力,第二种是摩擦。我们可以用牛顿第二定律来解决这个问题:

代入刚才提到的两个力:

注意,摩擦力被减去了,因为它与重力的方向相反。现在,把这两个力的表达式代入,我们得到:

如果你不确定每个力是用余弦还是正弦,考虑实际情况。斜率越平,重力对物体沿平面移动的影响就越小,因此使用正弦函数。此外,斜率越平坦,法向力就越大,因此使用余弦函数。

把质量从方程中消去,重新排列来解摩擦系数,我们得到:

问题1:法向力和重量

考虑以下系统:

Slope_1

如果物体以匀速沿着斜坡向下运动,那么动摩擦系数是斜率的角度是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

在这种情况下,有两股力量在起作用。第一个是重力,第二个是摩擦。两者都取决于斜率的角度。由于物体以恒定速率运动,我们知道沿斜率方向的重力和摩擦力相互抵消,合力为零(没有加速度)。因此,我们可以这样写:

代入每个力的表达式,得到:

如果你不确定每个力是用余弦还是正弦,考虑实际情况。斜率越平,重力对物体沿平面移动的影响就越小,因此使用正弦函数。此外,斜率越平坦,法向力就越大,因此使用余弦函数。

消去质量,在方程的一边解出角度,我们得到

这是一个需要知道的重要属性!当一个物体以恒定的速度沿着一个斜坡向下运动时,这个斜坡的夹角的正切等于动摩擦系数。

问题1:部队

考虑以下系统:

Slope_1

如果使物体保持静止的最小静摩擦系数是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

在这种情况下有两种力量在起作用:摩擦力和重力。如果物体是静止的,这就意味着这两个力相互抵消了。因此,我们可以这样写:

代入每个力的表达式,得到:

如果你不确定每个力是用余弦还是正弦,考虑实际情况。斜率越平,重力对物体沿平面移动的影响就越小,因此使用正弦函数。此外,斜率越平坦,法向力就越大,因此使用余弦函数。

问题1:特定的力量

考虑以下系统:

Slope_1

一边等于,但物体沿着斜坡向下运动的加速度为.如果动摩擦系数是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

在这种情况下,有两种力量在起作用:重力和摩擦力。我们可以用牛顿第二定律来表示这些力:

代入每个力的表达式,得到:

如果你不确定每个力是用余弦还是正弦,考虑实际情况。斜率越平,重力对物体沿平面移动的影响就越小,因此使用正弦函数。此外,斜率越平坦,法向力就越大,因此使用余弦函数。

消去质量,重新安排摩擦系数,我们得到:

问题1:部队

考虑以下系统:
Slope_1

如果物体上的法向力是斜率的角度是物体的质量是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

为了解决这个问题,我们需要推导出木块上的法向力的表达式:

如果你不确定是用正弦还是余弦,实际地考虑一下系统:系统越平坦,法向力就越大;所以要用到余弦函数。

根据质量重新排列,我们得到:

问题7:法向力和重量

作用在5kg物体上的法向力的大小是多少向水平方向倾斜?

可能的答案:

不知道物体离地面的高度是无法确定的

正确答案:

解释

回想一下,确定斜面上法向力大小的公式为:

在这里,是法向力的大小,是物体的质量,引力常数是多少是与水平线的夹角。

在我们的例子中:

问题1:部队

一个质量为10kg的物体放在水平的桌子上。作用在物体上的法向力是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

法向力与重力垂直(方向相反),大小相等。因为重力等于,我们只要把给定的质量和重力相乘就能得到答案。

问题1:法向力和重量

体重重的人是站在电梯里。然后电梯以速度向上加速.在这个加速过程中,这个人的体重是多少?

可能的答案:

人的体重不会改变,它会保持不变

没有给出足够的信息来解决这个问题

正确答案:

解释

在这个问题中,我们遇到了一个场景,一个人称重静止时向上加速。然后我们被要求确定这个人在经历这个加速度时的新体重。

让我们首先考虑在电梯里休息的人来开始我们的分析。在这种情况下,描绘一个人的自由体图和所有作用在他/她身上的力是有用的。当静止时,没有合力作用在这个人身上。因为在y方向上没有合力,这意味着向上的力一定和向下的力完全平衡。作用在个人身上的向下的力是重力,而向上的力是电梯地板作用在个人身上的法向力。

换句话说:

接下来,让我们推导一个表达式,同时考虑电梯向上的加速度。在这种情况下,现在有一个合力作用在这个人身上,这个向上的合力是由于电梯的加速度。就像静止时一样,在这种情况下,作用在个人身上的向下的力仍然是重力,而作用在个人身上的向上的力是电梯地板的法向力。

写成方程形式,我们有:

注意,我们在求电梯加速时,法向力的新值。法向力给出人的重量的原因是由于牛顿第三定律。当电梯向上加速时,电梯对人施加的(法向)力的大小与人的体重相等,但方向相反。

最后,我们可以计算出人的质量:

把相关的值代入我们得到的表达式中就得到了答案。

注意,这个值大于人在休息时的重量。这是由牛顿第一定律得出的。当电梯加速上升时,人的惯性会抵制这种向上的运动,从而使人感觉更重。下次你找到电梯的时候,你可以自己试试这个!

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