- 向心力
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长为L的轻杆一端固定一个质量为m的小球,以另一端为固定转轴,使之在竖直平面内做圆周运动,求以下两种情况,小球在最高点的速度为多少?
(1)在最高点时,小球对杆的压力为0.5mg
(2)在最高点时,小球对杆的拉力为0.5mg.
正确答案
解:(1)在最高点时,小球对杆的压力为0.5mg.
杆对小球的支持力为0.5mg,
对小球:mg-0.5mg=m
v1=
(2)在最高点时,小球对杆的拉力为0.5mg.
杆对小球的拉力为0.5mg,
对小球:mg+0.5mg=m
v2=
答:(1)在最高点时,小球对杆的压力为0.5mg,则小球在最高点的速度为.
(2)在最高点时,小球对杆的拉力为0.5mg. 小球在最高点的速度为.
解析
解:(1)在最高点时,小球对杆的压力为0.5mg.
杆对小球的支持力为0.5mg,
对小球:mg-0.5mg=m
v1=
(2)在最高点时,小球对杆的拉力为0.5mg.
杆对小球的拉力为0.5mg,
对小球:mg+0.5mg=m
v2=
答:(1)在最高点时,小球对杆的压力为0.5mg,则小球在最高点的速度为.
(2)在最高点时,小球对杆的拉力为0.5mg. 小球在最高点的速度为.
如图所示,一块粗糙的平板与水平面成θ角搭成一个斜面(其下面是空的),斜面上放着一个质量为m的小物块,一根细绳一端系着小物块,另一端通过斜面上的小孔穿到斜面下.开始时细绳处于水平位置,小物块与小孔之间的距离为L.然后极慢的拉斜面下的细绳,小物块在斜面上恰好通过半圆形的轨迹后到达小孔(绳与斜面及小孔间的摩擦可忽略).则小物块与斜面间的动摩擦因数为______,此过程中作用在细绳上的拉力做功为______.
正确答案
tanθ
解析
解:物体在斜面上缓慢运动时,受到4个力:重力G,绳子的拉力F1,斜面的支持力F2,物体在运动时受到的摩擦力F3,这四个力的合力近似为零;
其中F1和F3同斜面平行,F2同斜面垂直,G同斜面成(90°-α).
根据各力之间的平衡的原则,可列出以下公式:
在垂直斜面方向,有:F2=G•cos α
因此有摩擦力F3=μ F2=μGcosα
接下来考虑平行于斜面的力,为了简化问题状态,可以直接以A点处的系统状态来进行分析,此时时摩擦力和重力在斜面平行方向上的力是反向、等大的,即应该是近似平衡的,有
μGcosα=Gsinα
因此 μ=tan α
对整个过程运用动能定理,有
WF-μmgcosθ•πR=0
解得
WF=μmgcosθ•πR=mgRπSinθ=
故答案为:tanθ,.
如图,地面上有一质量为M的大圆环固定在竖直面内,一个质量为m的小圆环在大圆环中从大圆环的顶部自静止下落,忽略摩擦阻力,则在运动过程中的某一时刻( )
正确答案
解析
解:A、小圆环在大圆环中从大圆环的顶部自静止下落,由于忽略了阻力,结合机械能守恒定律可知,小圆环能够恰好再返回最高点,且回到最高点的速度恰好为0.此时小圆环可能会停在最高点,则停止后的加速度为0.故A正确;
B、小圆环返回最高点后在最高点停止时,加速度为0,受到的合外力为0.故B正确;
C、设小圆环在与过圆心的竖直半径成θ角处对轨道的压力为0,此刻速度为v
则在此处有:mgcosθ-N=m ①
小圆环对轨道的压力为0,即 N=0 ②
又据机械能守恒定律:mgR(1-cosθ)= ③
联解①②③得:cosθ=
即:θ=arccos
当小圆环滑至与大圆环球心连线与竖直方向成cos-1角的位置时对轨道的压力为0.故C正确;
D、由C的分析可知,当小圆环没有到达与大圆环的圆心等高处时,对大圆环的压力为0,此后,随小圆环速度的增大,需要的向心力增大,则大圆环对小圆环的作用力的方向指向圆心,对小圆环的作用力中,存在向下的分力,所以此时小圆环对大圆环的分力有向上的作用,所以小圆环的质量足够大时,大圆环对地面的压力可能为零.故D正确.
故选:ABCD
如图所示,甲、乙两水平圆盘紧靠在一起,甲圆盘为主动轮,乙靠摩擦随甲无打滑转动.甲圆盘与乙圆盘的半径之比为r甲:r乙=2:1,两圆盘和小物体m1、m2之间的动摩擦因数相同,m1距O点为2r,m2距O′点为r,当甲缓慢转动起来且转速慢慢增加时( )
正确答案
解析
解:A、甲、乙两轮子边缘上的各点线速度大小相等,有:ω1•2r=ω2•r,则得ω1:ω2=1:2,所以物块相对盘开始滑动前,m1与m2的角速度之比为1:2.故A错误.
B、物块相对盘开始滑动前,根据a=ω2r得:m1与m2的向心加速度之比为 a1:a2=ω12•2r:ω22r=1:2,故B正确.
C、D、根据μmg=mrω2知,物体转动的临界角速度,可知甲乙的临界角速度之比为1:
;由于甲乙的线速度相等,而两物体的角速度之比为ω1:ω2=1:2,可知当转速增加时,m2先达到临界角速度,所以m2先开始滑动.故D正确,C错误.
故选:BD.
如图所示叠放在水平转台上的小物体A、B、C能随转台一起以角速度ω匀速转动,A、B、C的质量分别为3m、2m、m,A与B、B与转台、C与转台间的动摩擦因数都为μ,B、C离转台中心的距离分别为r、1.5r.设本题中的最大静摩擦力等于滑动摩擦力.以下说法中不正确的是( )
正确答案
解析
解:A、对A受力分析,受重力、支持力以及B对A的静摩擦力,静摩擦力提供向心力,有f=(3m)ω2r≤μ(3m)g.故A错误.
B、由于A与C转动的角速度相同,由摩擦力提供向心力有m×1.5rω2<3mrω2即C与转台间的摩擦力小于A与B间的摩擦力,故B错误;
C、对AB整体,有:(3m+2m)ω2r≤μ(3m+2m)g…①
对物体C,有:mω2(1.5r)≤μmg…②
对物体A,有:3mω2r≤μ(3m)g…③
联立①②③解得:,故C正确,D错误.
本题选错误的,故选ABD.
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