- 向心力
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如图所示,在内壁光滑的平底试管内放一个质量为M的小球,试管的开口端加盖与水平轴0连接.试管底与O相距L0,试管在转轴带动下沿竖直平面做匀速转动.求:
(1)转轴的角速度达到多大时,试管底所受压力的最大值等于最小值的3倍.
(2)转轴的角速度满足什么条件时,会出现小球运动到最高点与试管底脱离接触的情况?
正确答案
解:(1)在最高点时对试管的压力最小,根据向心力公式有:
Nmin+Mg=Mω2L0在最低点时对试管的压力最大,根据向心力公式有:
Nmax-Mg=Mω2L0因为Nmax=3Nmin
所以解得:ω=;
(2)当小球对试管的压力正好等于0时,小球刚好与试管分离,根据向心力公式得:
Mg=Mω02L0 解得:ω0=
所以当ω<时会脱离接触
答:(1)转轴的角速度达到时,试管底所受压力的最大值等于最小值的3倍;
(2)转轴的角速度满足ω<时会脱离接触
解析
解:(1)在最高点时对试管的压力最小,根据向心力公式有:
Nmin+Mg=Mω2L0在最低点时对试管的压力最大,根据向心力公式有:
Nmax-Mg=Mω2L0因为Nmax=3Nmin
所以解得:ω=;
(2)当小球对试管的压力正好等于0时,小球刚好与试管分离,根据向心力公式得:
Mg=Mω02L0 解得:ω0=
所以当ω<时会脱离接触
答:(1)转轴的角速度达到时,试管底所受压力的最大值等于最小值的3倍;
(2)转轴的角速度满足ω<时会脱离接触
质量为m的杂技演员骑摩托车在竖直的固定圆轨道内侧做匀速圆周运动,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、杂技演员做匀速圆周运动,在最高点,由牛顿第二定律得:
mg+F=m
则座椅对演员的弹力F=m-mg,可得当v≥
时,满足F≥mg,当
<v<
时,满足F<mg,故A错误.
B、杂技演员在最低点时,由F-mg=m,得:F=mg+m
>mg,故B错误.
C、杂技演员在最高点,由mg+F=m得,当v≥
时,F≥0,则没有保险带杂技演员处于倒坐状态也不会掉下来,故C错误.
D、杂技演员在最高点和最低点所受合力大小都等于向心力大小,为 F合=m,大小相等,故D正确.
故选:D
把一个小球用细线悬挂起来,就成为一个摆,摆长为l,最大偏角为θ.小球到达最低点的速度是多大?此时绳受到的拉力为多大?
正确答案
解: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:
mg(l-lcosθ)=
解得:
v=
在最低点合外力提供向心力:
F-mg=m
解得:
F=3mg-2mgcosθ
答:小球运动到最低位置时的速度是;在最低点,细线的拉力为3mg-2mgcosθ.
解析
解: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:
mg(l-lcosθ)=
解得:
v=
在最低点合外力提供向心力:
F-mg=m
解得:
F=3mg-2mgcosθ
答:小球运动到最低位置时的速度是;在最低点,细线的拉力为3mg-2mgcosθ.
如图所示,长为1m的轻绳,一端系着一质量为2kg的小球,以O为圆心,在竖直平面内做圆周运动,小球通过最高点的速度为4m/s,则小球通过最低点时对绳子的拉力为(g取10m/s2)( )
正确答案
解析
解:根据动能定理研究小球从最高点到最低点的过程,
mgh=mv′2-
mv2
v′==
m/s,
小球通过最低点时,根据牛顿第二定律得,
F-mg=m
F=132N,
故选:D.
长l的轻杆一端固定着一个小球A,另一端可绕光滑水平轴O在竖直面内做圆周运动,如图所示,下面叙述符合实际的是( )
正确答案
解析
解:A、杆可以表现为支持力,也可以表现为拉力,故小球在最高点的速度可以为零,故A错误;
B、在最高点,当球只受重力,时,根据牛顿第二定律,有:mg=m,
解得:v=;
当v=时,杆子的作用力为零;
当v>时,杆子表现为拉力;
当v<时,杆子表现为支持力;故B正确;
C、当球在直径ab下方时,球有向心加速度,合力向上,而重力向下,故一定受到拉力,故C正确;
D、当球在直径ab上方时,球有向心加速度,合力向下,重力向下,故杆的弹力可以是拉力、支持力、还可以为零,故D错误;
故选:BC.
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