- 向心力
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用细绳拴一小桶,盛0.45kg水后,使小桶在竖直平面内做半径为90cm的圆周运动,要使小桶经过最高点时水不会流出,则小桶经过最高点的最小速度为______m/s;当小桶经过最高点的速度为5m/s时,水对桶底的压力大小为______N.(g取10m/s2)
正确答案
3
8
解析
解:水跟着水桶一起做圆周运动,要使小桶经过最高点时水恰好不会流出时,在最高点处有:
Mg=M
解得:v==
=3m/s,即小桶经过最高点的最小速度为3m/s.
以水为研究对象,根据牛顿第二定律得
mg+N=m
得 N=m(-g)=0.45×(
-10)N=8N
由牛顿第三定律可得水对桶底的压力大小为 N′=N=8N
故答案为:3,8.
如图所示,轻绳长为L一端系一小球,另一端固定于O点,在O点正下方的P点钉一颗钉子,OP=
,使悬线拉紧与竖直方向成一角度θ,然后由静止释放小球,当悬线碰到钉子时( )
正确答案
解析
解:
A、当悬线碰到钉子时,线速度大小不变,半径减小.由v=ωr得知,角速度变大,故A错误.
B、当悬线碰到钉子时,线速度大小不变,半径减小.根据a=知,加速度变大.故B错误.
C、根据向心力公式 Fn=ma,可知向心加速度变大,则小球所受的向心力变大.故C正确.
D、根据牛顿第二定律得,F-mg=m,则F=mg+m
,线速度大小不变,L变短,则拉力变大.故D错误.
故选:C.
在“用圆锥摆粗略验证向心力的表达式”实验中,细线下面悬挂一个钢球,细线上端固定在铁架台上.将画着几个同心圆的白纸置于水平桌面上,使钢球静止时正好位于圆心.用手带动钢球,设法使它沿纸上的某个圆做圆周运动(钢球恰不触及纸面).
(1)在该实验中,利用公式计算钢球所受的向心力,可以用秒表测量钢球运动______所用的时间t,通过纸上的圆测出钢球做匀速圆周运动的______,再用天平测出钢球的质量m.
即可利用公式计算出向心力.
(2)求小球受到的合力.结合上一问的测量,只要再测出悬点与小球间的竖直高度h,分析计算合力F=______(用你所测物理量符号表示).
(3)若Fn与F在误差范围相等,便粗略验证了向心力表达式正确性.
正确答案
n圈
半径r
解析
解:(1)根据线速度公式v=
可知,要求解速度,可以用秒表测量钢球运动n圈的时间t,求出周期T,用刻度尺量出半径r;
(2)对小球受力分析如图所示,则有:合力F=
故答案为:n圈;半径r;
飞机做俯冲拉起运动时,在最低点附近做半径r=180m的圆周运动,如图所示.如果飞行员的质量m=70kg,飞机经过最低点时的速度υ=360km/h,这时飞行员对座位的压力为______,方向为______.
正确答案
4589N
竖直向下
解析
解:在飞机经过最低点时,对飞行员受力分析,在竖直方向上由牛顿第二定律列出:
N-mg=m
所以:N=mg+m
代入已知数据得:N=4589N
由牛顿第三定律知飞行员对座位的压力的大小:
N′=N=4589N,方向竖直向下.
故答案为:4589N;竖直向下
如图所示,水平杆AB,可以绕竖直轴OO′匀速转动,在离杆的B端0.3m处套着一个质量为0.2kg的小环,当杆以20r/min(转/分)的转速匀速转动时,小环受到的摩擦力多大?如环与杆之间的最大静摩擦力等于压力的0.4倍,问:当杆以40r/min的转速匀速转动时,小环最远可以放到什么位置上而不至于滑动?(g取10m/s2)
正确答案
解:角速度ω1=2πn1=2π× rad/s=
π rad/s
对环由牛顿第二定律有
Ff=mω12r1=0.2×(π )2×0.3 N=0.26 N
转速增加恰好不滑动时
角速度ω2=2πn2=2π× rad/s=
π rad/s
同理:kmg=mω22r2
联立得r2=0.23 m.
答:小环受到的摩擦力0.26 N,小环最远可以放到0.23 m位置上而不至于滑动.
解析
解:角速度ω1=2πn1=2π× rad/s=
π rad/s
对环由牛顿第二定律有
Ff=mω12r1=0.2×(π )2×0.3 N=0.26 N
转速增加恰好不滑动时
角速度ω2=2πn2=2π× rad/s=
π rad/s
同理:kmg=mω22r2
联立得r2=0.23 m.
答:小环受到的摩擦力0.26 N,小环最远可以放到0.23 m位置上而不至于滑动.
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