- 向心力
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用一根长L=0.8m的轻绳,吊一质量为m=1.0g的带电小球,放在磁感应强度B=0.1T、方向如图所示的匀强磁场中.把小球拉到悬点的右端,轻绳刚好水平拉直.将小球由静止释放,小球便在垂直于磁场的竖直平面内摆动,当小球第一次摆到最低点时,悬线的拉力恰好为零(g取10m/s2).则:
(1)小球带______(填正或负)电荷,电荷量为______C.
(2)当小球第二次经过最低点时,悬线对小球的拉力为______N.
正确答案
负
7.5×10-2
0.06
解析
解:(1)小球第一次摆到最低点时速度水平向左,悬线的拉力恰好为零,说明洛伦兹力竖直向上,由左手定则,拇指向上,让磁感线穿过掌心,四指就指向右,故小球带负电.
下落的过程中只有重力做功,洛伦兹力不做功,所以总功为:mgL
设此时速度为v,由动能定理得:
mgL=
解得:v==
=4m/s
此时对小球受力分析如图:
所以:F向=F洛-mg
又:F向=;F洛=qvB
即:qvB-mg=代入数据得:
q×4×0.1-1×10-3×10=
解得:q=2.5×10-2C
(2)小球第二次经过最低点时,速度大小不变,方向变为向右
受力分析如图:
F向=F-F洛-mg
又:F向=;
即:F-qvB-mg=代入数据得:
F-7.5×10-2×4×0.1-1×10-3×10=
解得:F=0.06N
故答案为:(1)负;2.5×10-2C
(2)0.06N
铁路在弯道处的内外轨道高低是不同的,已知内外轨道对水平面倾角为θ,弯道处的圆弧半径为R,若质量为m的火车以速度v通过某弯道时,内、外轨道均不受侧压力作用,下列分析正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、火车以某一速度v通过某弯道时,内、外轨道均不受侧压力作用,其所受的重力和支持力的合力提供向心力
由图可以得出
F合=mgtanθ(θ为轨道平面与水平面的夹角)
合力等于向心力,故
mgtanθ=m
解得R=,故A错误,v=
,故B正确;
C、当转弯的实际速度大于规定速度时,火车所受的重力和支持力的合力不足以提供所需的向心力,火车有离心趋势,故其外侧车轮轮缘会与铁轨相互挤压,外轨受到侧压力作用方向平行轨道平面向外,故C正确;
D、当转弯的实际速度小于规定速度时,火车所受的重力和支持力的合力大于所需的向心力,火车有向心趋势,故其内侧车轮轮缘会与铁轨相互挤压,内轨受到侧压力作用方向平行轨道平面向内,故D错误;
故选:BC
在高速公路的拐弯处,路面造得外高内低,即当车向右拐弯时,司机左侧的路面比右侧的要高一些,路面与水平面间的夹角为θ设拐弯路段是半径为R的圆弧,要使车速为v时车轮与路面之间的横向(即垂直于前进方向)摩擦力等于零,θ应满足( )
正确答案
解析
解:车匀速转弯,合力等于向心力,如图
根据牛顿第二定律
mgtanθ=m
解得
tanθ=
故选:B.
如图所示,一球质量为m,用长为L的细线悬挂于0点,在0点正下方
处有一根长钉.把悬线沿水平方向拉直后无初速度释放,当悬线碰到钉子瞬间,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、把悬线沿水平方向拉直后无初速度释放,当悬线碰到钉子的前后瞬间,线速度大小不变.故A错误.
B、根据a=知,半径变小,则向心加速度变大.故B正确.
C、根据v=rω知,半径变小,则角速度变大.故C错误.
D、根据牛顿第二定律得,T-mg=,解得T=mg+m
,半径变小,则拉力变大.故D正确.
故选:BD.
用细线吊着一个小球,使小球在水平面内做半径为R匀速圆周运动;圆周运动的水平面距离悬点h,距离水平地面H.若细线突然在A处断裂,则小球经时间t=______后落地,小球在地面上的落点P与悬点O在水平面上的投影的O,点的距离为______.
正确答案
R
解析
解:设细线与竖直方向上的夹角为θ,小球圆周运动的速度大小为v.
根据牛顿第二定律得:
mgtanθ=m
又 tanθ=
则v=R.
细线突然在A处断裂后小球开始做平抛运动,则:
由 H=,得 t=
.
则落点P与A点间的水平距离为 x=vt=R•
=R
.
根据几何知识得:小球在地面上的落点P与悬点O在水平面上的投影的O点的距离为:S==
=R
.
故答案为:,R
.
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