- 向心力
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一长度为l的不可伸长的轻质细绳下端系一质量为m可视为质点的小球,如图所示在水平面内做匀速圆周运动,细线和竖直方向的夹角θ=53°,求:(取sin37°=0.60,cos37°=0.80)
(1)小球的线速度大小
(2)小球的加速度.
正确答案
解:对小球受力分析,受到重力、绳子的拉力,合力提供向心力,则有:
mgtanθ=m=ma
根据几何关系可知,r=lsin53°=0.8l,
解得:v=,a=
答:(1)小球的线速度大小为;
(2)小球的加速度为.
解析
解:对小球受力分析,受到重力、绳子的拉力,合力提供向心力,则有:
mgtanθ=m=ma
根据几何关系可知,r=lsin53°=0.8l,
解得:v=,a=
答:(1)小球的线速度大小为;
(2)小球的加速度为.
(2015秋•辽源期末)如图所示,物块在水平圆盘上,与圆盘一起绕固定轴匀速运动,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、物块饶轴做匀速圆周运动,具有向心加速度,对其受力分析可知,物块受竖直向下的重力、垂直圆盘向上的支持力及指向圆心的摩擦力共三个力作用,合力提供向心力,故AB错误;
C、根据向心力公式F=mrω2可知,当ω一定时,半径越大,所需的向心力越大小,越容易脱离圆盘,故C正确;
D、根据向心力公式F=mr()2可知,当物块到转轴距离一定时,周期越小,所需向心力越大,越不易脱离圆盘,故D正确误;
故选:CD.
如图所示,AB是一段半径为R的
圆弧曲面,在光滑水平面上一小球以某一速度运动到A点,最后落到水平地面上的C点,已知小球没有跟圆弧曲面的任何其他点接触,则BC的最小距离为( )
正确答案
解析
解:在A点,小球开始离开圆弧曲面,只受重力,则有:
mg=m
得:v=.
小球做平抛运动,由R=gt2得:t=
则平抛运动的最小水平位移为:x=vt=•
=
R.
所以BC的最小距离为:d=R-R=(
-1)R.故C正确,A、B、D错误.
故选:C.
如图所示,轨道ABCD的AB段为一半径R=0.2m的光滑
圆形轨道,BC段为高为h=5m的竖直轨道,CD段为水平轨道.一质量为0.1kg的小球由A点从静止开始下滑到B点时速度的大小为2m/s,离开B点做平抛运动(g取10m/s2),求:
①小球离开B点后,在CD轨道上的落点到C的水平距离;
②小球到达B点时对圆形轨道的压力大小?
③如果在BCD轨道上放置一个倾角θ=45°的斜面(如图中虚线所示),那么小球离开B点后能否落到斜面上?如果能,求它从离开B点到第一次落在斜面上所需时间.
正确答案
解:①设小球离开B点做平抛运动的时间为t1,落地点到C点距离为s,由h=gt2得:
t1=1s
s=vBt1=2×1m=2m
②小球达B受重力G和向上的弹力F作用,由牛顿第二定律知:
F-mg=m
解得:
F=3N
由牛顿第三定律知小球到达B点时对圆形轨道的压力大小为3N;
③如图,斜面BEC的倾角θ=45°,CE长:d=h=5m
因为d>s,所以小球离开B点后能落在斜面上;
假设小球第一次落在斜面上F点,BF长,小球从B点到F点的时间为t2
Lcosθ=VBt2 ①
Lsinθ=gt2 ②
联立①、②两式得:
t2=0.4s
答:①小球离开B点后,在CD轨道上的落点到C的水平距离为2m;②小球到达B点时对圆形轨道的压力大小为3N;③小球离开B点后能落到斜面上,它从离开B点到第一次落在斜面上所需时间为0.4s.
解析
解:①设小球离开B点做平抛运动的时间为t1,落地点到C点距离为s,由h=gt2得:
t1=1s
s=vBt1=2×1m=2m
②小球达B受重力G和向上的弹力F作用,由牛顿第二定律知:
F-mg=m
解得:
F=3N
由牛顿第三定律知小球到达B点时对圆形轨道的压力大小为3N;
③如图,斜面BEC的倾角θ=45°,CE长:d=h=5m
因为d>s,所以小球离开B点后能落在斜面上;
假设小球第一次落在斜面上F点,BF长,小球从B点到F点的时间为t2
Lcosθ=VBt2 ①
Lsinθ=gt2 ②
联立①、②两式得:
t2=0.4s
答:①小球离开B点后,在CD轨道上的落点到C的水平距离为2m;②小球到达B点时对圆形轨道的压力大小为3N;③小球离开B点后能落到斜面上,它从离开B点到第一次落在斜面上所需时间为0.4s.
如图所示,竖直放置的光滑圆环,半径R=20厘米,在环上套有一个质量为m的小球,若圆环以ω=10弧度/秒的角速度绕竖直轴转动时,小球与圆环相对静止,则角θ大小为多少?
正确答案
解:对小球进行受力分析,如图所示:
由几何关系得:小球转动半径为r=Rsinθ,tanθ=
根据向心力公式得:
F向=mω2r
所以mω2r=mgtanθ
带入数据解得:cosθ=
所以θ=60°
答:角θ大小为60°.
解析
解:对小球进行受力分析,如图所示:
由几何关系得:小球转动半径为r=Rsinθ,tanθ=
根据向心力公式得:
F向=mω2r
所以mω2r=mgtanθ
带入数据解得:cosθ=
所以θ=60°
答:角θ大小为60°.
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