- 向心力
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如图所示,半径r=0.5m的光滑圆轨道被竖直固定在水平地面上,圆轨道最低处有一小球(小球的半径比r小很多).现给小球一个水平向右的初速度v0,要使小球不脱离轨道运动,v0应满足( )
正确答案
解析
解:最高点的临界情况:mg=m,解得v=
小球从最低点到最高点的过程,根据动能定理得,-mg•2r=mv2-
mv02;
解得v0==5m/s.
若恰好不通过四分之一圆周,根据动能定理有:
-mgr=0-mv02;
解得v0==
m/s
所以v0应满足的条件是 v0≥5m/s或v0≤m/s.故C、D正确,A、B错误.
故选:CD
如图所示,在长为L的细绳一端系一个质量为m的小球A,小球绕绳的另一固定端O点在竖直平面内做圆周运动,已知小球恰好能经过最高点,且经过最低点的拉力大小为6mg,不计空气阻力,重力加速度为g,求:
(1)小球经过最高点时的速度大小;
(2)小球经过最低点时的速度大小;
(3)小球在竖直平面内所做的圆周运动是匀速圆周运动吗?简述理由.
正确答案
解:(1)小球恰好能经过最高点,则在最高点,拉力F=0,重力提供向心力,
根据牛顿第二定律得,mg=m
解得.
(2)在最低点,根据牛顿第二定律得,F-mg=m
解得:
(3)因为小球做圆周运动的速率发生变化,所以不是匀速圆周运动.
答:(1)小球经过最高点时的速度大小为;
(2)小球经过最低点时的速度大小为;
(3)小球在竖直平面内所做的不是匀速圆周运动吗,小球做圆周运动的速率发生变化.
解析
解:(1)小球恰好能经过最高点,则在最高点,拉力F=0,重力提供向心力,
根据牛顿第二定律得,mg=m
解得.
(2)在最低点,根据牛顿第二定律得,F-mg=m
解得:
(3)因为小球做圆周运动的速率发生变化,所以不是匀速圆周运动.
答:(1)小球经过最高点时的速度大小为;
(2)小球经过最低点时的速度大小为;
(3)小球在竖直平面内所做的不是匀速圆周运动吗,小球做圆周运动的速率发生变化.
如图所示,质量为m的物体从半径为R的半球形碗边向碗底滑动,滑到最低点时的速度为v,若物体与碗的动摩擦因数为μ,则物体滑到最低点时受到的摩擦力是( )
正确答案
解析
解:滑块经过碗底时,由重力和支持力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律得:
FN-mg=m
则碗底对球支持力为:FN=mg+m
所以在过碗底时滑块受到摩擦力的大小为:f=μFN=μ(mg+m)=μm(g+
)
故选:B.
长度为0.5米的轻质细杆OA,A端有一质量为3kg的小球,以O点为圆 心在竖直面内做圆周运动,如图所示.小球通过最高点的速度为2m/s,取g=10m/s2,求:
(1)通过最低点时速度有多大,
(2)在最低点球对杆的力.
正确答案
解:(1)根据机械能守恒定律得:
+mg•2L=
则得通过最低点时速度为:v==
=
m/s
(2)在最低点,以小球为研究对象,根据牛顿第二定律得:
F-mg=m
可得:F=m(g+)=3×(10+
)=174N
根据牛顿第三定律得球对杆的力大小为:F′=F=174N,方向向下
答:(1)通过最低点时速度为m/s.
(2)在最低点球对杆的力大小为174N,方向向下.
解析
解:(1)根据机械能守恒定律得:
+mg•2L=
则得通过最低点时速度为:v==
=
m/s
(2)在最低点,以小球为研究对象,根据牛顿第二定律得:
F-mg=m
可得:F=m(g+)=3×(10+
)=174N
根据牛顿第三定律得球对杆的力大小为:F′=F=174N,方向向下
答:(1)通过最低点时速度为m/s.
(2)在最低点球对杆的力大小为174N,方向向下.
《愤怒的小鸟》是一款时下非常流行的游戏,故事也相当有趣,如图甲,为了报复偷走鸟蛋的肥猪们,小鸟用弹弓为武器,弹射石块攻击肥猪们的堡垒.某班的同学们根据自己所学的物理知识进行假设,石块被弹弓沿水平方向弹出,弹弓可360°水平旋转.如图乙所示.已知离地面的高度为3.2m,石块以5m/s的水平速度弹出后先掉到地面上,如果石块接触地面瞬间,竖直速度变为零,水平速度不变,那么石块在地面上可滑行一段距离,石块和地面间的动摩擦因数μ=0.5.求石块能到达的地面范围面积多大?(取重力加速度g=10m/s2取π=3.14)
正确答案
解:由平抛运动规律可得,
竖直方向:h=
水平方向:x1=v0t
联立得:x1=5×=4m
在草地上做匀减速直线运动:
-μmg=ma
a=-μg=-0.5×10=-5m/s2
能攻击的面积,S==3.14×(4+2.5)2-3.14×42=82.425m2
答:石块能到达的地面范围面积82.425m2
解析
解:由平抛运动规律可得,
竖直方向:h=
水平方向:x1=v0t
联立得:x1=5×=4m
在草地上做匀减速直线运动:
-μmg=ma
a=-μg=-0.5×10=-5m/s2
能攻击的面积,S==3.14×(4+2.5)2-3.14×42=82.425m2
答:石块能到达的地面范围面积82.425m2
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