二、非选择题
10.如图K3-1-4所示,高为h的车厢在平直轨道上匀减速向右行驶,加速度大小为a,车厢顶部A点有油滴滴落在车厢地板上.车厢地板上的O点位于A点的正下方,则油滴落地点必在O点的哪个方向?
图K3-1-4【答案】右方
【解析】由于惯性,油滴下落过程中将保持刚下落时向前的水平速度,而车厢做匀减速运动,速度不断减小,相对于地面来说,油滴的水平速度不变,车厢减速向右运动,所以油滴必定落在O点的右方.
11.一只小猫跳起来抓住悬挂在天花板上的竖直木杆,如图K3-1-5所示,在这一瞬间悬绳断了,设木杆足够长,由于小猫继续向上爬,所以小猫离地面的高度不变,求此时木杆下降的加速度.(设小猫的质量为m,木杆的质量为M)
图K3-1-5
【答案】g,方向竖直向下
【解析】先对小猫进行分析,由于小猫相对于地面高度不变,即小猫处于平衡状态,而小猫受重力G1=mg和木杆对小猫向上的摩擦力f的作用,如图所示,故G1与f二力平衡,即f=G1=mg.①
再对木杆进行受力分析,木杆受重力G2=Mg作用,由于木杆对小猫有向上的摩擦力f,由牛顿第三定律,可知小猫对杆有向下的摩擦力f′且f′=f.②
由牛顿第二定律,得杆的加速度a=.③
由①②③式,可得a=g.
即杆下降的加速度a=g,方向竖直向下.
12.一个箱子放在水平地面上,箱内有一固定的竖直杆,在杆上套着一个环,箱与杆的质量为M,环的质量为m,如图K3-1-6所示.已知环沿杆匀加速下滑时,环与杆间的摩擦力大小为f,则此时箱子对地面的压力大小为多少?
图K3-1-6
【答案】f+Mg
【解析】环在竖直方向上的受力情况如图甲所示,受重力及箱内的杆给它的竖直向上的摩擦力f,根据牛顿第三定律,环应给杆一个竖直向下的摩擦力f′,故箱子竖直方向上受力如图乙所示,受重力Mg、地面对它的支持力FN及环给它的摩擦力f′,由于箱子处于平衡状态,可得FN=f′+Mg=f+Mg.
根据牛顿第三定律,箱子对地面的压力大小等于地面对箱子的支持力,即FN′=FN=f+Mg.