- 向心力
- 共7577题
2009年是中华人民共和国成立60周年,某中学物理兴趣小组用空心透明塑料管制作了如图所示的竖直“60”造型.两个“0”字型的半径均为R.让一质量为m、直径略小于管径的光滑小球从入口4A
A处射入,依次经过图中的B、C、D三点,最后从E点飞出.已知BC是“0”字型的一条直径,D点是该造型最左侧的一点,当地的重力加速度为g,不计一切阻力,则小球在整个运动过程中( )
正确答案
解析
解:A、在B、C、D三点中,距A点位移最大的是D点,路程最大的是D点,故A错误.
B、小球在C点对管壁的作用力恰好为零,根据牛顿第二定律与圆周运动的向心力公式得:
mg=
vC=
运用机械能守恒定律研究B到C,
=mg•2R+
解得:vB=
根据牛顿第二定律与圆周运动的向心力公式得:
F-mg=
解得:F=6mg,故B正确.
C、根据机械能守恒定律得:在B、C、D三点中,瞬时速率最大的是B点,最小的是C点,故C错误.
D、D点是由合力指向圆心的分量提供向心力,不是合力提供,故D错误.
故选:B
如图,质量为m的小球从斜轨道高处由静止滑下,然后沿竖直圆轨道的内侧运动,已知圆轨道的半径为R,不计一切摩擦阻力,重力加速度为g.则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、在圆轨道的最高点M,由牛顿第二定律有:mg=m,
得:v0=
根据机械能守恒得:mgh=mg•2R+m
解得:h=2.5R,
所以当h≥时,小球在运动过程中不会脱离轨道,故AC错误.
B、当h=2R时,小球在圆心等高处P时速度为v,根据机械能守恒得:mg•2R=mgR+mv2
小球在P时,有:N=m
联立解得 N=2mg,则知小球在圆心等高处P时对轨道压力为2mg,故B正确.
D、当h=R时,设小球在最低点N时速度为v′,则有:
mgR=mv′2
在圆轨道最低点,有:N′-mg=m
解得:N′=3mg,则小球在最低点N时对轨道压力为3mg,故D错误.
故选:B
如图所示,长度l=0.50m的轻质细杆OA,A端固定一个质量m=3.0kg的小球,小球以O为圆心在竖直平面内做圆周运动.通过最高点时小球的速率是2.0m/s,g取10m/s2,试问:
(1)通过计算,判断此时细杆OA受到弹力的方向;
(2)此时细杆OA受到的弹力大小.
正确答案
解:(1)设杆转到最高点球恰好对杆的作用力为零时,球的速率为v0,则有
mg=m
其中R=l=0.50 m,
则v0==
m/s>2.0 m/s
可见球受到支持力作用
由牛顿第三定律知,细杆OA受到弹力的方向竖直向下
(2)设球受的支持力为FN.
对小球mg-FN=m
所以FN=mg-m=30-
N=6.0 N.
由牛顿第三定律知,杆受到的压力大小
FN′=FN=6.0 N
答:(1)细杆OA受到弹力的方向竖直向下
(2)此时细杆OA受到的弹力大小为6.0N.
解析
解:(1)设杆转到最高点球恰好对杆的作用力为零时,球的速率为v0,则有
mg=m
其中R=l=0.50 m,
则v0==
m/s>2.0 m/s
可见球受到支持力作用
由牛顿第三定律知,细杆OA受到弹力的方向竖直向下
(2)设球受的支持力为FN.
对小球mg-FN=m
所以FN=mg-m=30-
N=6.0 N.
由牛顿第三定律知,杆受到的压力大小
FN′=FN=6.0 N
答:(1)细杆OA受到弹力的方向竖直向下
(2)此时细杆OA受到的弹力大小为6.0N.
利用传感器和计算机可以研究快速变化的力的大小,实验时,把图甲中的小球举高到绳子的悬点O处,然后让小球自由下落,用这种方法获得弹性绳子的拉力随时间的变化如图乙所示,根据图象提供的信息,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、把小球举高到绳子的悬点O处,让小球自由下落,t1时刻绳子刚好绷紧,此时小球所受的重力大于绳子的拉力,小球向下做加速运动,当绳子的拉力大于重力时,小球才开始做减速运动,t2时刻绳子的拉力最大,小球运动到最低点,速度为零,所以t1与t4时刻绳子刚好绷紧,小球速度不是最大.t2时刻小球的速度为零.故A错误;
B、t2、t5时刻小球都到达最低点,速度为零,动能都为零,最小.故B正确;
C、t3时刻小球下落,速度方向向上,t4时刻小球速度向下,t3,t4时刻小球的运动方向相反.故C错误;
D、t4与t3时间内与t7与t6时间内小球都做竖直上抛运动,由于t3时刻的速度大于t6时刻的速度,由竖直上抛运动的时间t=知,t4与t3之差大于t7与t6之差.故D错误.
故选:B.
在“用圆锥摆实验验证向心力公式“的实验中,AB为竖直转轴,细绳一端系在A点,另一端与小球C相连,如图所示.当转轴转动时,C球在水平面内做匀速圆周运动.实验步骤如下:
①测量AC间细绳长度l;
②使AB轴转动,并带动C球在水平面内做匀速圆周运动;
③测出此时C球做匀速圆周运动的周期T,并标出C球球心在AB轴上的投影点D,测出AD间距为S;
④算出C球做匀速圆周运动所需的向心力F;
⑤算出C球所受的合力F;
⑥验证向心力公式.
(I )在上述实验中还需要测量的物理量有哪些______
A.C球的直径 B.C球的质量 C.C球转动的角速度 D.当地的重力加速度g
(II)为了验证向心力公式正确.请用已知的物理量和第(I)题中你所选择的物理量表示出AD间距S=______.
(III)这一实验方法简单易行.但是有几个因素可能会影响实验的成功,请写出一条:______.
正确答案
解:(1)该实验的原理是根据几何关系求出指向圆心的合力,再根据向心力公式求出向心力的值,看两者是否相等,所以还要知道小球的直径及当地的重力加速度g;
故选AD
( 2 )根据圆锥摆的周期公式得:T=,解得 S=
(3)该实验要求C球在水平面内做匀速圆周运动,所以小球是否在水平面上做匀速圆周运动会影响实验是否成功.
故答案为:(1)AD;(2);(3)小球是否在水平面上做匀速圆周运动
解析
解:(1)该实验的原理是根据几何关系求出指向圆心的合力,再根据向心力公式求出向心力的值,看两者是否相等,所以还要知道小球的直径及当地的重力加速度g;
故选AD
( 2 )根据圆锥摆的周期公式得:T=,解得 S=
(3)该实验要求C球在水平面内做匀速圆周运动,所以小球是否在水平面上做匀速圆周运动会影响实验是否成功.
故答案为:(1)AD;(2);(3)小球是否在水平面上做匀速圆周运动
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