- 向心力
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如图所示,在匀速转动的水平圆盘上,沿半径方向放置用细线相连的质量均为m的A、B两个小物块(A、B可视为质点),A离轴心距离r1=0.2m,B离轴心距离r2=0.3m,A和B与盘面的最大静摩擦力为其重力的0.4倍,求:
(1)若细线上没有张力,圆盘转动的角速度ω应满足条什?
(2)欲使A、B与盘面不发生相对滑动,则盘转动的最大角速度多大?
正确答案
解:(1)当细线上开始出现张力时,B与圆盘之间的静摩擦力达到最大值.
对B:kmg=mω02rB
即ω0=rad/s,
所以若细线上没有张力,圆盘转动的角速度ω
(2)当A开始滑动时,A、B所受静摩擦力均达最大,设此时细绳张力为T:
对B:FT+μmg=mω2RB
对A:μmg-FT=mω2RA
联立解得:ω0==4rad/s
答:(1)若细线上没有张力,圆盘转动的角速度满足ω;
(2)欲使A、B与盘面间不发生相对滑动,则盘转动的最大角速度为4rad/s.
解析
解:(1)当细线上开始出现张力时,B与圆盘之间的静摩擦力达到最大值.
对B:kmg=mω02rB
即ω0=rad/s,
所以若细线上没有张力,圆盘转动的角速度ω
(2)当A开始滑动时,A、B所受静摩擦力均达最大,设此时细绳张力为T:
对B:FT+μmg=mω2RB
对A:μmg-FT=mω2RA
联立解得:ω0==4rad/s
答:(1)若细线上没有张力,圆盘转动的角速度满足ω;
(2)欲使A、B与盘面间不发生相对滑动,则盘转动的最大角速度为4rad/s.
如图所示,放于竖直面内的光滑金属圆环半径为R,质量为m的带孔小球穿于环上,同时有一长为R的细绳一端系于圆环最低点.当圆环以角速度ω绕竖直直径转动时,发现小球受到三个力作用.则ω可能为( )
正确答案
解析
解:因为圆环光滑,所以这三个力肯定是重力、环对球的弹力、绳子的拉力,细绳要产生拉力,绳要处于拉升状态,根据几何关系可知,此时细绳与竖直方向的夹角为60°,当圆环旋转时,小球绕竖直轴做圆周运动,向心力由三个力在水平方向的合力提供,其大小为:F=mω2r,根据几何关系,其中r=Rsin60°一定,所以当角速度越大时,所需要的向心力越大,绳子拉力越大,所以对应的临界条件是小球在此位置刚好不受拉力,此时角速度最小,需要的向心力最小,
对小球进行受力分析得:Fmin=2mgsin60°,即2mgsin60°=mRsin60°解得:
,所以只要ω>
就符合题意.
故选D
如图所示,过山车的轨道可视为竖直平面内半径为R的圆轨道.质量为m的游客随过山车一起运动,当游客以速度v经过圆轨道的最高点时( )
正确答案
解析
解:A、游客做圆周运动,在最高点,受重力和轨道的压力,合外力提供向心力,合外力向下,加速度竖直向下,游客处于失重状态,故A错误,B正确;
C、在最高点,根据向心力公式得:
mg+N=m
只有当N=0时,v=,故C错误;
D、在最高点,根据向心力公式得:
mg+N=m
解得:N=m-mg
故D错误.
故选:B
如图所示,在竖直放置的光滑绝缘的半圆形细管的圆心O处放一点电荷,将质量为m、带电量为q的小球从圆弧管的水平直径端点A由静止释放,小球沿细管滑到最低点B时,对管壁恰好无压力,则放于圆心处的电荷在AB弧中点处的电场强度大小为( )
正确答案
解析
解:设细管的半径为R,小球到达B点时速度大小为v.小球从A滑到B的过程,由机械能守恒定律得,
mgR=mv2
得到:v=
小球经过B点时,由牛顿第二定律得:
Eq-mg=m,
将v=代入得:E=
放于圆心处的电荷在AB弧中点处的电场强度大小也为E=.
故选:C
如图1所示,水平转盘上放有质量为m=1kg的小物块,小物块到转轴的距离为r=0.5m,连接小物块和转轴的绳刚好被拉直(绳中张力为零),小物块和转盘间的最大静磨擦力是其重力的k=0.2倍.g=10m/s2,求:
(1)绳无拉力的情况下,转盘的最大角速度为ω0多大?
(2)若绳能承受的拉力足够大,当转盘的角速度从零开始增大的过程中,在图2中画出拉力T随角速度ω的变化关系图象.(要求写出分析过程)
正确答案
解:(1)设角速度为ω1时,物块所受静摩擦力为最大静摩擦力,也是绳子刚好出现拉力,有:
kmg=mω02r
得:ω0==2rad/s
(2)当角速度小于等于2rad/s时,绳子拉力等于零,
当角速度大于等于2rad/s时,
根据牛顿第二定律得
T=kmg=mω2r
T=mω2r-kmg=ω2-2
作出拉力T随角速度ω的变化关系图象:
答:(1)绳无拉力的情况下,转盘的最大角速度为2rad/s
(2)如图.
解析
解:(1)设角速度为ω1时,物块所受静摩擦力为最大静摩擦力,也是绳子刚好出现拉力,有:
kmg=mω02r
得:ω0==2rad/s
(2)当角速度小于等于2rad/s时,绳子拉力等于零,
当角速度大于等于2rad/s时,
根据牛顿第二定律得
T=kmg=mω2r
T=mω2r-kmg=ω2-2
作出拉力T随角速度ω的变化关系图象:
答:(1)绳无拉力的情况下,转盘的最大角速度为2rad/s
(2)如图.
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