- 向心力
- 共7577题
如图所示,螺旋形光滑轨道竖直放置,P、Q为对应轨道的最高点,一个小球以一定速度沿轨道切线方向进入轨道,且能通过轨道最高点P,则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由于支持力始终与速度方向垂直,所以支持力不做功即轨道对小球不做功,仅有重力做功,小球机械能守恒.则P点的速度小于Q点速度,且P点的半径大于Q点的半径.所以小球通过P点的角速度小于通过Q点的.故A错误,B正确.
C、小球在P点的速度小于Q点速度,且P点的半径大于Q点的半径.根据a=得,小球在P点线速度小而半径大,所以向心加速度小于Q点的,故C错误.
D、小球在P点的向心加速度小于Q点的向心加速度,则小球在P点的向心力小于Q点的向心力,而向心力是由重力与轨道对它的支持力提供,因此小球在P点的支持力小于Q点的,即小球对轨道的压力P点小于Q点的.故D错误;
故选:B.
(2016•南通模拟)2015年12月,国际雪联自由式滑雪空中技巧世界杯赛在我国国家体育场举行,如图所示,比赛场地由出发区AB、助滑坡BC、跳台CD、第二过渡区EF、着陆坡FG和终点区GH组成,第一过渡区的最低点和终点区在同一水平地面上,出发区距地面的高度hB=8.4m,跳台最高点E和着陆坡最高点F离地面的高度均为hF=4.0m,着陆坡坡度为θ=37°.运动员从助滑坡顶端B由静止滑下,离开跳台在空中完成预定动作后到达F点正上方,此时速度v=4.0m/s,方向水平.若第一过渡区是半径R=42m的圆弧滑道,运动员连同滑雪板的总质量m=100kg,取重力加速度g=10m/s2,不计滑道和空气的阻力.求:
(1)运动员到达第一过渡区CD的最低点时受到的支持力FN;
(2)运动员到达F点正上方时离地面的高度h;
(3)运动员落到着陆坡时的速度大小v1.
正确答案
解:(1)运动员从B到过渡区CD最低点的过程,由机械能守恒定律得:
mghB=
在过渡区CD的最低点,由牛顿第二定律得:
FN-mg=m
联立解得:FN=mg(1+)=1400N
(2)从B到F点正上方的过程,运用机械能守恒定律得:
mg(hB-h)=
解得:h=hB-=7.6m
(3)从F点正上方到着陆坡运动员做平抛运动,则有:
x=vt
y=
又有 xtan37°+(h-hF)=y
即有:vttan37°+(h-hF)=
代入得:4×t×+(7.6-4)=5t2,
解得:t=1.2s(另一负值舍去)
则运动员落到着陆坡时的速度大小为:v1==4
m/s
答:(1)运动员到达第一过渡区CD的最低点时受到的支持力FN是1400N
(2)运动员到达F点正上方时离地面的高度h是7.6m;
(3)运动员落到着陆坡时的速度大小v1是4m/s
解析
解:(1)运动员从B到过渡区CD最低点的过程,由机械能守恒定律得:
mghB=
在过渡区CD的最低点,由牛顿第二定律得:
FN-mg=m
联立解得:FN=mg(1+)=1400N
(2)从B到F点正上方的过程,运用机械能守恒定律得:
mg(hB-h)=
解得:h=hB-=7.6m
(3)从F点正上方到着陆坡运动员做平抛运动,则有:
x=vt
y=
又有 xtan37°+(h-hF)=y
即有:vttan37°+(h-hF)=
代入得:4×t×+(7.6-4)=5t2,
解得:t=1.2s(另一负值舍去)
则运动员落到着陆坡时的速度大小为:v1==4
m/s
答:(1)运动员到达第一过渡区CD的最低点时受到的支持力FN是1400N
(2)运动员到达F点正上方时离地面的高度h是7.6m;
(3)运动员落到着陆坡时的速度大小v1是4m/s
如图所示,光滑圆管形轨道AB部分平直,BC部分是处于竖直平面内半径为R的半圆,圆管截面半径r<<R,有一质量m,半径比r略小的光滑小球以水平初速v0射入圆管.
(1)若要小球能从C端出来,初速v0至少多大?
(2)在小球从C端出来瞬间,对管壁压力有哪几种典型情况.初速v0各应满足什么条件?
正确答案
解:(1)当球恰好能从C端出来时,速度vC=0.
根据机械能守恒定律得:mg•2R=m
,
解得:v0=2
所以要使小球能从C端出来,初速度v0≥2.
(2)在小球从C端出来的瞬间,对管壁压力有三种典型情况:
①当管壁对球无作用力时,即N=0时,由mg=m,vC=
,
根据机械能守恒定律得:mg•2R+m
=
m
解得:v0=.
②当管壁对球的作用力方向向下时,球对管壁的压力方向向上,此时v0>.
③当管壁对球的作用力方向向上时,球对管壁的压力方向向下,此时2≤v0<
.
答:(1)要使小球能从C端出来,初速度v0≥2.
(2)在小球从C端出来的瞬间,对管壁压力有三种典型情况:
①球对管壁无作用力,v0=.
②球对管壁的压力方向向上,v0>.
③球对管壁的压力方向向下,2≤v0<
.
解析
解:(1)当球恰好能从C端出来时,速度vC=0.
根据机械能守恒定律得:mg•2R=m
,
解得:v0=2
所以要使小球能从C端出来,初速度v0≥2.
(2)在小球从C端出来的瞬间,对管壁压力有三种典型情况:
①当管壁对球无作用力时,即N=0时,由mg=m,vC=
,
根据机械能守恒定律得:mg•2R+m
=
m
解得:v0=.
②当管壁对球的作用力方向向下时,球对管壁的压力方向向上,此时v0>.
③当管壁对球的作用力方向向上时,球对管壁的压力方向向下,此时2≤v0<
.
答:(1)要使小球能从C端出来,初速度v0≥2.
(2)在小球从C端出来的瞬间,对管壁压力有三种典型情况:
①球对管壁无作用力,v0=.
②球对管壁的压力方向向上,v0>.
③球对管壁的压力方向向下,2≤v0<
.
如图所示,一个内壁光滑的圆锥筒,其轴线垂直于水平面,圆锥筒固定不动.有一质量为m的小球A紧贴着筒内壁在水平面内做匀速圆周运动,筒口半径和筒高分别为R和H,小球A所在的高度为筒高的一半.已知重力加速度为g,则( )
正确答案
解析
解:A、如下图所示;小球受重力和支持力而做匀速圆周运动,则合外力一定指向圆心;
由力的合成可知,F=mgtanθ=mg=mrω2;由几何关系可知,r=
;
解得:ω=;故A正确;
B、小球只受重力和支持力;向心力是由合外力充当;故B错误;
C、由A的分析可知,合外力F=mg;故C错误;
D、小球受到的合外力指向圆心,故D错误;
故选:A.
摆式列车是集电脑、自动控制等高新技术于一体的新型高速列车,当它转弯时,在电脑的控制下,车厢会自动倾斜,产生转弯时所需要的向心力;行走在直线上,车厢又恢复到原状.靠摆式车体的先进性无需对线路等设施进行较大的改造,就可以实现高速行车.如图所示,假设有一摆式超高速列车在水平面内行驶,以360km/h的速度拐弯,弯道半径为1.5km,则质量为75kg的乘客在拐弯过程中所受到的合外力为( )
正确答案
解析
解:根据牛顿第二定律得:
故A正确,B、C、D错误.
故选A.
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