- 向心力
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把一个小球用长为l的细线悬挂起来,现把小球拉至细线与竖直方向夹角为θ=60°的B位置(如图),重力加速度为g,阻力可以忽略,求
(1)小球运动到最低A位置时的速度?
(2)小球在最低位置时,细线对小球的拉力?
正确答案
解:(1)小球由最大偏角θ处下落到最低点时,竖直的高度差是 h=l(1-cosθ)
由机械能守恒定律知 mgh=
所以 vA=
(2)在最低点A,由重力和拉力的合力提供向心力,则得
T-mg=m
解得 T=3mg-2mgcosθ
答:
(1)小球运动到最低位置时的速度是.
(2)在最低点,细线对小球的拉力为3mg-2mgcosθ.
解析
解:(1)小球由最大偏角θ处下落到最低点时,竖直的高度差是 h=l(1-cosθ)
由机械能守恒定律知 mgh=
所以 vA=
(2)在最低点A,由重力和拉力的合力提供向心力,则得
T-mg=m
解得 T=3mg-2mgcosθ
答:
(1)小球运动到最低位置时的速度是.
(2)在最低点,细线对小球的拉力为3mg-2mgcosθ.
如图,水平放置的匀质圆盘可绕通过圆心的竖直轴OO′转动.两个质量均为lkg的小木块a和b放在圆盘上,a、b与转轴的距离均为1cm,a、b与圆盘间的动摩擦因数分别为0.1和0.4(设虽大静摩擦力等于滑动摩擦力).若圆盘从静止开始绕OO′缓慢地加速转动,用m表示网盘转动的角速度,则(取g=10m/s2)( )
正确答案
解析
解:A、木块的最大静摩擦力f=μmg.木块随圆盘一起转动,静摩擦力提供向心力,由牛顿第二定律得木块所受的静摩擦力为:f=mω2r,当f=μmg,角速度最大ωm=,由此知允许的角速度与质量无关,由动摩擦因数和半径有关,故a允许的角速度比b的小,故a一定比b先开始滑动;故A正确;
B、由f=mω2r知当ω=5rad/s时,b所受摩擦力的大小f=1×52×0.01=0.25N<μ2mg=4N,故B错误;
C、由f=mω2r知当ω=10rad/s时,a所受摩擦力的大小f=1×102×0.01=1N=μ1mg=1N,故C正确;
D、由ωm=知b的角速度最大为ωB=
=20rad/s,继续增大ω,b相对圆盘开始滑动,故D正确;
故选:CD.
如图所示,质量为m的小球置于光滑的正方体盒子中,盒子的边长略大于球的直径.某同学拿着该盒子在竖直平面内做半径为R的匀速圆周运动,已知重力加速度为g,空气阻力不计,要使在最高点时盒子与小球之间恰好无作用力,则( )
正确答案
解析
解:AB、在最高点时盒子与小球之间恰好无作用力,说明此时恰好只有小球的重力作为小球的向心力,由mg=mR得,周期T=2π
,故A错误,B正确.
CD、盒子在最低点时受重力和支持力的作用,由F-mg=mR得:F=2mg,故C、D错误.
故选:B
“魔盘”娱乐设施转动得很慢时,盘上的人都可以随“魔盘”一起转动而不至于被甩开,随着“魔盘”的转速增大,盘上的人逐渐向边缘滑去.两个质量均为m的小孩a和b(可视为质点)坐在水平“魔盘”上,其简化图如图所示.a、b与转轴OO′的距离分别为l和2l.两小孩与“魔盘”的最大静摩擦力(最大静摩擦力等于滑动摩擦力)为其所受重力的k倍,重力加速度大小为g,若“魔盘”从静止开始绕转轴缓慢地加速转动,用ω表示“魔盘”转动的角速度,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、两个小孩的最大静摩擦力相等.两人随圆盘一起转动,由静摩擦力提供向心力,由牛顿第二定律得:小孩所受的静摩擦力f=mω2r,m、ω相等,f∝r,所以b所受的静摩擦力大于a的静摩擦力,当圆盘的角速度增大时b的静摩擦力先达到最大值,所以b一定比a先开始滑动,故A正确,B错误;
C、b开始滑动时,由牛顿第二定律得:kmg=mω2•2l,得ω=.故C正确.
D、a开始滑动时,由牛顿第二定律得:kmg=mω2l,得ω=.由于ω=
<
时,小孩相对于圆盘没有滑动,由静摩擦力提供向心力,则有 f=mω2l=m
l=
kmg,故D错误.
故选:AC.
如图所示,三角形板ACD在竖直平面内绕C点沿顺时针方向以角速度ω匀速转动,∠ABC为直角且AB=BC=L.一质点P沿AD边作匀速运动,当三角形板ACD转动一周时P恰好从A点运动到B点,关于质点P下列说法正确的是 ( )
正确答案
解析
解:
A、质点P既参与了匀速运动,又参与了圆周运动,圆周运动是变速运动,所以两合运动仍是变速运动.故A正确.
B、设匀速运动的速度为v,有,v=
.质点在P点时,匀速运动的速度为v,参与圆周运动的速度为ωL,两速度在同一方向上,最终的合速度为v+ωL.故B错误.
C、质点P在A的速度是两个速度的合速度,沿AB边匀速运动的速度v1=.做圆周运动的速度v2=
Lω,两速度的夹角为45°
根据余弦定理,合速度vA2=(+
+2)Lω,在B点的合速度vB=(
+1)Lω,vB2=(
+
+1)Lω.可知,A点的速度大于B点的速度,所以A点的动能大于B点的动能.故C正确.
D、在A点,沿AB边匀速运动的速度v1=.做圆周运动的速度v2=
Lω,两速度的夹角为45°,根据余弦定理,合速度vA2=(
+
+2)Lω,设合速度与AB边得夹角为α,根据余弦定理,cosα=
,根据正弦定理
=
,联立两式tanα=
.故D正确.
故选:ACD
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