- 向心力
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一水平放置的木板上放有砝码,砝码与木板间的摩擦因数为μ,如果让木板在竖直平面内做半径为R的匀速圆周运动,假如运动中木板始终保持水平,砝码始终没有离开木板,那么下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、在通过轨道最高点时,向心加速度竖直向下,是失重,故A正确;
B、C、木板和砝码在竖直平面内做匀速圆周运动,则所受合外力提供向心力,砝码受到重力G.木板支持力FN和静摩擦力Ff,由于重力G和支持力FN在竖直方向上,因此只有当砝所需向心力在水平方向上时静摩擦力有最大值,此位置是当木板和砝码运动到与圆心在同一水平面上时的位置,最大静摩擦力必须大于或等于砝码所需的向心力,即μFN≥,此时在竖直方向上FN=mg,故
,故B错误,C正确.
D、在最低点,,在最高,
,则
,故D错误.
故选:AC
如图,竖直的
圆弧轨道与一水平面相切连接,一质量为m=10kg的物体,由
圆弧轨道上端从静止开始下滑,到达底端时的速度v=2m/s,然后沿水平面向右滑动1m距离后停止.已知轨道半径R=0.4m,g=10m/s2则:
(1)物体滑至圆弧底端时对轨道的压力是多大?
(2)物体沿轨道下滑过程中克服摩擦力做多少功?
(3)物体与水平面间的动摩擦因数μ是多少?
正确答案
解:(1)在圆弧低端,由牛顿第二定律得:
F-mg=m,
解得:F=200N,
由牛顿第三定律可知,物体对轨道低端的压力:F′=F=200N;
(2)物体下滑时,由动能定理得:
mgR-Wf=mv2-0,
解得:Wf=20J;
(3)物体在水平面上做减速运动,由动能定理得:-μmgx=0-mv2,
解得:μ=0.2;
答:(1)物体滑至圆弧底端时对轨道的压力是200N.
(2)物体沿轨道下滑过程中克服摩擦力做20J的功.
(3)物体与水平面间的动摩擦因数μ是0.2.
解析
解:(1)在圆弧低端,由牛顿第二定律得:
F-mg=m,
解得:F=200N,
由牛顿第三定律可知,物体对轨道低端的压力:F′=F=200N;
(2)物体下滑时,由动能定理得:
mgR-Wf=mv2-0,
解得:Wf=20J;
(3)物体在水平面上做减速运动,由动能定理得:-μmgx=0-mv2,
解得:μ=0.2;
答:(1)物体滑至圆弧底端时对轨道的压力是200N.
(2)物体沿轨道下滑过程中克服摩擦力做20J的功.
(3)物体与水平面间的动摩擦因数μ是0.2.
如图所示,一个小球沿竖直固定的光滑圆形轨道的内侧做圆周运动,圆形轨道的半径为R,小球可看作质点,则关于小球的运动情况,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、小球在竖直平面内做变速圆周运动,受到重力和轨道的支持力两个力作用,支持力指向圆心,根据平行四边形定则可知,这两个力的合力不总是指向圆心,只有在最高点和最低点时才指向圆心,故A错误.
B、根据牛顿第二定律,在最高点临界情况是轨道对球的作用力为零,则:mg=m.解得:v=
.即最高点的最小速度为
,则小球的线速度的大小总大于或等于
.故B正确.
C、D小球转动一周的过程中,根据动能定理,动能变化为零,则外力做功为零.故C错误,D正确.
故选:BD
如图所示,一个质量为2kg的小球用一根长为1m的细绳连接,在竖直平面内做圆周运动.g=10m/s2.要使小球能顺利的通过最高点,则最高点的速度至少为______m/s.若通过最高点时的速度是5m/s,则绳子收到的拉力是______N.
正确答案
30
解析
解:当小球恰好通过最高点时,细绳的拉力为零,由重力提供向心力,可由牛顿第二定律得
mg=m
解得,v0==
当它在最高点的速度大小为v=5m/s时,设绳子的拉力大小为F,则有
mg+F=m
代入解得 F=30N
故答案为:,30
如图所示,竖直面内固定一光滑四分之一圆弧轨道,圆弧上端A点距地面的高度为H,一小球自A点由静止开始滚下,到轨道底端B点沿圆弧切线方向水平飞出,圆弧的半径R=
,若减小圆弧半径,圆弧上端A点的高度H不变,则( )
正确答案
解析
解:A、小球在B点受力分析,根据牛顿第二定律,则有:N-mg=m;而从A到B的过程中,由动能定理,则有:
;
联立可解得:N=3mg;与轨道的半径无关,故A错误,B正确;
C、小球离开B点平抛运动的水平位移x=vBt;
而竖直方向做自由落体,则有:H-R=;解得:x=
=2
,当减小圆弧半径,则水平位移也减小,故C正确,D错误;
故选:BC.
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