- 向心力
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安徽电视台《男生女生向前冲》的节目里,一位选手在转盘上随转盘一起做匀速圆周运动,转速为n.如果选手可视为质点,其质量为m,选手到转轴的距离为R,与转盘间的动摩擦因数为μ,滑动摩擦力等于最大静摩擦力,重力加速度为g,则( )
正确答案
解析
解:A、角速度ω=2πn,线速度v=ωR=2πnR,故AB错误;
C、向心加速度an=ω2R=4π2n2R,故C正确;
D、当由最大静摩擦力提供向心力时,速度达到最大值,则有:
解得:,故D错误.
故选:C
如图所示,两段长均为L的轻质线共同系住一个质量为m的小球,另一端分别固定在等高的A,B两点,A,B两点间距也为L,今使小球在竖直平面内做圆周运动,当小球到达最高点的速率为v时,两段线中张力恰好均为零,若小球到达最高点速率为2v.则此时每段线中张力为多少?(重力加速度为g)
正确答案
解:当小球到达最高点速率为v,有:mg=m
,当小球到达最高点速率为2v时,应有:F+mg=m
=4mg,
解得:F=3mg,
此时最高点各力如图所示,根据几何关系得:2FTcos30°=F,
解得:FT=.
答:此时每段线中张力为.
解析
解:当小球到达最高点速率为v,有:mg=m
,当小球到达最高点速率为2v时,应有:F+mg=m
=4mg,
解得:F=3mg,
此时最高点各力如图所示,根据几何关系得:2FTcos30°=F,
解得:FT=.
答:此时每段线中张力为.
利用传感器和计算机可以测量快速变化的力的瞬时值,如图所示是用这种方法获得的弹性细绳中拉力 F 随时间t变化的图线.实验时,把小球举到悬点O处,然后放手让小球自由落下,空气阻力不计,由图线所提供的信息可以判断( )
正确答案
解析
解:A、从图可知从悬点释放到绳子张紧历时t1,即绳子的自然长度l=,故A正确;
B、t2时刻张力最大,小球运动到了最低点,速度为零时,故B错误;
C、t1时刻绳子才开始张紧,不是最低点,故C错误;
D、小球的速度最大出现在张力与重力相等的位置,此后开始减速运动,绳子张力继续增大,当速度减为零时,张力最大,所以t1时刻到t2时刻小球的速度先增大后减小,故D正确.
故选AD
一个小滑块放在半径为R的光滑半球顶部,如图所示,由于轻微的扰动,它开始由静止下滑,求下列情况下,它离开球面时,离半球底部的高度h.
(1)半球面以10m/s的速度匀速上升.
(2)半球面以大小为的加速度匀加速上升.
(3)半球面以大小为的加速度匀加速向右运动.
正确答案
解:(1)设离开球面时,由改点所引的半径与竖直方向的夹角为α,则:
mgcos
mgR(1-cos=
解得:h=
(2)取球面为参考系,此时球面为非惯性参考系,有力,方向竖直向下
则:F和=1.5mg
解得:h=
(3)取球面为参考系,此时球面为非惯性参考系,物体受向左的力
则:
由几何关系:,
解得:h=0.81R或0.44R(舍去)
答:(1)半球面以10m/s的速度匀速上升h=.
(2)半球面以大小为的加速度匀加速上升h=
.
(3)半球面以大小为的加速度匀加速向右运动h=0.81R
解析
解:(1)设离开球面时,由改点所引的半径与竖直方向的夹角为α,则:
mgcos
mgR(1-cos=
解得:h=
(2)取球面为参考系,此时球面为非惯性参考系,有力,方向竖直向下
则:F和=1.5mg
解得:h=
(3)取球面为参考系,此时球面为非惯性参考系,物体受向左的力
则:
由几何关系:,
解得:h=0.81R或0.44R(舍去)
答:(1)半球面以10m/s的速度匀速上升h=.
(2)半球面以大小为的加速度匀加速上升h=
.
(3)半球面以大小为的加速度匀加速向右运动h=0.81R
在直径1.6m的圆柱体一端截出一圆锥,如下图所示,在看到剖面上,三角形的三边之比为3:4:5,圆柱体可绕其中心对称轴匀速旋转.将一小木块放置在斜面的中点,它与斜面间动摩擦力因素为0.25,若小木块保持在此位置不动,则圆柱体旋转的角速度应为多大.
(;
;g取10m/s2)
正确答案
解:当圆柱体旋转角速度最小为ωmin时,木块有沿斜面向下滑动趋势,木块受最大静摩擦力f的方向沿斜面向上.木块受重力mg、斜面支持力N和静摩擦f,如图所示.木块在水平面内作匀速圆周运动,向心加速度为:
,
R=0.4m.
根据牛顿第二定律得:
水平方向:… ①
竖直方向:Ncosα+fsinα=mg…②
又 f=μN…③
联立①、②、③解得:ωmin=3.2rad/s
当圆柱体旋转角速度最大为ωm时,木块有沿斜面向上滑动趋势,木块受最大静摩擦力f的方向沿斜面向下.木块还受重力mg和斜面支持力N′作用,如图所示.木块加速度为:.
由牛顿第二定律得:
水平方向:… ④
竖直方向:Ncosα-fsinα=mg…⑤
又 f′=μN′…⑥
联立④、⑤、⑥解得:ω m=5.4rad/s
所以圆柱体旋转的角速度ω应为3.2rad/s≤ω≤5.4rad/s
答:圆柱体旋转的角速度应为3.2rad/s≤ω≤5.4rad/s.
解析
解:当圆柱体旋转角速度最小为ωmin时,木块有沿斜面向下滑动趋势,木块受最大静摩擦力f的方向沿斜面向上.木块受重力mg、斜面支持力N和静摩擦f,如图所示.木块在水平面内作匀速圆周运动,向心加速度为:
,
R=0.4m.
根据牛顿第二定律得:
水平方向:… ①
竖直方向:Ncosα+fsinα=mg…②
又 f=μN…③
联立①、②、③解得:ωmin=3.2rad/s
当圆柱体旋转角速度最大为ωm时,木块有沿斜面向上滑动趋势,木块受最大静摩擦力f的方向沿斜面向下.木块还受重力mg和斜面支持力N′作用,如图所示.木块加速度为:.
由牛顿第二定律得:
水平方向:… ④
竖直方向:Ncosα-fsinα=mg…⑤
又 f′=μN′…⑥
联立④、⑤、⑥解得:ω m=5.4rad/s
所以圆柱体旋转的角速度ω应为3.2rad/s≤ω≤5.4rad/s
答:圆柱体旋转的角速度应为3.2rad/s≤ω≤5.4rad/s.
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