- 向心力
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如图所示,小球可用不可伸长的长度为L的轻绳悬于O点,小球在最低点至少需获得多大的速度才能在竖直平面内做完整的圆周运动?
正确答案
解:设小球到达最高点时速度至少为v1,则在最高点,有mg=m,v1=
.
选择小球在最低点时为重力势能为零,则由机械能守恒得:
m
=
m
+mg•2L
则v2=
答:小球在最低点至少需获得的速度才能在竖直平面内做完整的圆周运动.
解析
解:设小球到达最高点时速度至少为v1,则在最高点,有mg=m,v1=
.
选择小球在最低点时为重力势能为零,则由机械能守恒得:
m
=
m
+mg•2L
则v2=
答:小球在最低点至少需获得的速度才能在竖直平面内做完整的圆周运动.
一根长度为L=0.9m的绳,系一小球在竖直平面内做圆周运动,小球运动到最高点时,由绳中拉力和重力提供向心力,那么小球具有的最小速度的数值为,这时绳中的拉力为.(g取10m/s2)
正确答案
3m/s
0
解析
解:小球在最高点绳子的拉力与重力的合力提供向心力,当绳子的拉力为零时,小球具有的速度最小,则有:
mg=m
得:v==
m/s=3m/s
故答案为:3m/s,0
如图所示,一个水平匀质圆盘绕垂直于盘面的固定对称轴匀速转动,角速度是4rad/s,盘面上离转轴距离0.1m处有一质量为0.1kg的小物体能随盘一起转动.求:
(1)小物体做匀速圆周运动时所受向心力的大小.
(2)若小物体与盘面间的动摩擦因数为0.64(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力),要使小物体与圆盘始终保持相对静止.求转盘转动的角速度ω的最大值是多少?(g取10m/s2)
正确答案
解:(1)小物体所受的向心力为:
F=mrω2=0.1×0.1×16N=0.16N.
(2)根据最大静摩擦力提供向心力有:,
解得:.
答:(1)小物体做匀速圆周运动时所受向心力的大小为0.16N.
(2)转盘转动的角速度ω的最大值是8rad/s.
解析
解:(1)小物体所受的向心力为:
F=mrω2=0.1×0.1×16N=0.16N.
(2)根据最大静摩擦力提供向心力有:,
解得:.
答:(1)小物体做匀速圆周运动时所受向心力的大小为0.16N.
(2)转盘转动的角速度ω的最大值是8rad/s.
如图所示,水平杆固定在竖直杆上,两者互相垂直,水平杆上0、A两点连接有两轻绳,两绳的另一端都系在质量为m的小球上,OA=OB=AB,现通过转动竖直杆,使水平杆在水平面内做匀速圆周运动,三角形OAB始终在竖直平面内,若转动过程OA、AB两绳始终处于拉直状态,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:转动的角速度为零时,OB绳的拉力最小,AB绳的拉力最大,这时二者的值相同,设为T1,
则2T1cos30°=mg,解得T1=mg
增大转动的角速度,当AB绳的拉力刚好为零时,OB绳的拉力最大,设这时OB绳的拉力为T2,则T2cos30°=mg,T2=mg.
因此OB绳的拉力范围 mg~
mg,AB绳的拉力范围0~
mg.故BC正确,AD错误.
故选:BC
一转动装置如图所示,四根长均为l的轻杆OA、OC,AB和CB,与两小球及一小环通过饺链连接,球和环的质量均为m,O端固定在竖直的轻质转轴上,套在轴上的轻质弹簧连接在O与小环之间,原长为L,裝置静止时,弹簧长为
L.己知弹簧始终在弹性限度内,忽略摩擦和空气阻力,则( )
正确答案
解析
解:AB、装置静止时,设OA、AB杆中的弹力分别为F1、T1,OA杆与转轴的夹角为θ1,则cosθ1=,小环受到弹簧的弹力F弹1=k
.
小环受力平衡,有:F弹1=mg+2T1cosθ1
小球受力平衡,有:F1cosθ1+T1cosθ1=mg,F1sinθ1=T1sinθ1
解得F弹1=2mg,k=.故AB错误.
CD、设OA、AB杆中的弹力分别为F2、T2,OA杆与转轴的夹角为θ2,弹簧长度为x.小环受到弹簧的弹力F弹2=k(x-L).
小环受力平衡,F弹2=mg,解得x=L
对小球,F2cosθ2=mg,F2sinθ2=mω02Lsinθ2,且cosθ2==
,解得ω0=
.
因为cosθ2<cosθ1,则θ2>θ1,可知转动该装置并缓慢增大转速,AB杆中弹力先减小至零后增大.故CD正确.
故选:CD
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