- 向心力
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如图所示,内壁光滑的锥形漏斗固定不动,其轴线垂直于水平面,两个质量相同的小球A和B紧贴着漏斗内壁分别在图中所示的水平面内做匀速圆周运动,则( )
正确答案
解析
解:AB、对小球受力分析,小球受到重力和支持力,它们的合力提供向心力,如图
根据牛顿第二定律,有:
F合=mgtanθ=m=mrω2,解得:v=
,
,A的半径大,则A的线速度大,角速度小.故AB错误;
C、因为a=gtanβ,故球A的向心加速度等于球B的向心加速度,故C正确;
D、由题意知,两球所受重力相等,合力相等,漏斗对两球的支持力大小相等,即两物块对漏斗的压力大小相等,故D错误.
故选:C
如图所示,在倾角为α=30°的光滑斜面上,有一根长为L=0.8m的细绳,一端固定在O点,另一端系一质量为m=0.2kg的小球,小球沿斜面做圆周运动,若要小球能通过最高点A,g取10m/s2,则小球在最低点B的最小速度是( )
正确答案
解析
解:小球恰好能在斜面上做完整的圆周运动,刚小球通过A点时细线的拉力为零,根据圆周运动和牛顿第二定律有:
mgsinα=
小球通过最高点的最小速度为:vA==2 m/s,
在B点的最小速度vB满足:mvB2=
mvA2+2mgLsin α,
解得:vB=2 m/s,故C正确.
故选:C
如图所示一圆盘绕其中心轴转动,A、B、C三点离圆心的距离分别为
R、
R、R.R为圆盘的半径,则A、B、C三点的线速度之比为VA:VB:VC=______,若将3个质量相同的物体放到A、B、C三个位置上且使3个物体随圆盘一起转动而不滑动,则圆盘对3个物体的摩擦力之比为fA:fB:fc=______.
正确答案
1:2:3
1:2:3
解析
解:三点的角速度相等,由公式v=ωr得
VA:VB:VC=R:
R:R=1:2:3
三个物体圆周运动的向心力由摩擦力提供,则由公式F=mrω2得
fA:fB:fc=R:
R:R=1:2:3
故答案为:1:2:3; 1:2:3
如图所示,V形转盘可绕竖直中心轴OO′转动,V形转盘的侧面与竖直转轴间的夹角均为α=53°,盘上放着质量为1kg的物块A,物块A用长为1m的细线与固定在转盘中心O处的力传感器相连.物块和传感器的大小均可忽略不计,细线能承受的最大拉力为8N,A与转盘间的动摩擦因数μ为1.5,且可认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力.转盘转动时,细线一直伸直,当转盘以不同的角速度匀速转动时,传感器上就会显示相应的读数F.
(1)当物块A随转盘做匀速转动.且其所受的摩擦力为零时,转盘转动的角速度ω0=?(结果可以保留根式)
(2)将转盘的角速度从(1)问中求得的值开始缓慢增大,直到增加至3ω0,试通过计算写出此过程中细线拉力随角速度变化的函数关系式.(g取10m/s2).
正确答案
解:(1)对物块A受力分析,由正交分解得:
FNcos53°=mr
FNsin53°=mg
又 r=Lsin53°
由以上三式解得:ω0= rad/s
(2)增大角速度,静摩擦力方向沿内壁向下时,有:
FNsin53°-fcos53°=mg
FNcos53°+fsin53°=mω2r
滑块未滑动,仍有 r=Lsin53°
解得 FN=mgsin53°+mω2Lsin53°cos53°=8+0.48ω2;
f=mω2Lsin253°-mgcos53°=0.64ω2-6
由最大静摩擦力等于滑动摩擦力,得:fmax=μFN
不论ω取何值,f≤fmax恒成立,物块能始终保持相对静止,故绳中的拉力一直为零.
答:(1)转盘转动的角速度ω0为 rad/s.
(2)细线拉力一直为零.
解析
解:(1)对物块A受力分析,由正交分解得:
FNcos53°=mr
FNsin53°=mg
又 r=Lsin53°
由以上三式解得:ω0= rad/s
(2)增大角速度,静摩擦力方向沿内壁向下时,有:
FNsin53°-fcos53°=mg
FNcos53°+fsin53°=mω2r
滑块未滑动,仍有 r=Lsin53°
解得 FN=mgsin53°+mω2Lsin53°cos53°=8+0.48ω2;
f=mω2Lsin253°-mgcos53°=0.64ω2-6
由最大静摩擦力等于滑动摩擦力,得:fmax=μFN
不论ω取何值,f≤fmax恒成立,物块能始终保持相对静止,故绳中的拉力一直为零.
答:(1)转盘转动的角速度ω0为 rad/s.
(2)细线拉力一直为零.
如图所示,将悬线拉至水平位置无初速释放,当小球到达最低点时,细线被一与悬点同一竖直线上的小钉B挡住的瞬间速度的大小不变,比较悬线被小钉子挡住的前后瞬间,
①小球的角速度减小,②小球的动能减小,
③悬线的张力变大,④小球的向心加速度变大.
以上说法正确的是( )
正确答案
解析
解:当悬线碰到钉子瞬间时,小球的线速度是不变的.由于悬线被挡时导致半径减小,则:
①因为r减小,则由v=ωr得,角速度ω变大.故①错误;
②因为线速度v不变,所以小球的动能也不变.故②错误;
③小球在最低点受重力与拉力,因为m、v、g是不变的,而r减小,由T-mg=m得:T变大.故③正确;
④因为线速度 v不变,半径r变小,由an=得:an变大,故④正确;
故选C.
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