- 向心力
- 共7577题
“飞车走壁”是一种传统的杂技艺术,演员骑车在倾角很大的桶面上做圆周运动而不掉下来.如图所示,已知桶壁的倾角为θ,车和人的总质量为m,做圆周运动的半径为r.若使演员骑车做圆周运动时不受桶壁的摩擦力,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、人和车所受的合力为:F合=mgtanθ,根据mgtanθ=m
得:
v=.故A、B错误.
CD、根据平行四边形定则知,桶面对车的弹力为:N=.故C正确,D错误.
故选:C.
长度为0.5m的轻杆OA,A端有一质量为3.0kg的小球,现使小球以O点为圆心在竖直面内做圆周运动,通过最高点时小球的速率为2.0m/s,则此时杆对小球的作用力( )(g=10m/s2)
正确答案
解析
解:小球以O点为圆心在竖直平面内作圆周运动,当在最高点小球与细杆无弹力作用时,小球的速度为V1,则有:
mg=m
得:v1==
m/s
由于m/s>2m/s,故小球受到细杆的支持力;
小球在O点受重力与支持力,根据牛顿第二定律,有:
mg-N=m
则N=mg-m=30-3×
=24N
故AC错误,BD正确;
故选:BD.
汽车在水平路面上做环绕运动,设轨道圆半径为R,路面汽车的最大静摩擦力是车重的,要使汽车不冲出跑道,汽车运动速度不得超过______.
正确答案
解析
解:以汽车为研究对象,当汽车受到的静摩擦力达到最大值时速度达到最大,设最大速度为vm.
根据牛顿第二定律得:
fm=
又由题意有:fm=mg
联立解得:vm==
故答案为:
把一个小球用长为l的细线悬挂起来,现把小球拉至细线与竖直方向夹角为θ=60°的B位置(如图),重力加速度为g,阻力可以忽略,求
(1)小球运动到最低A位置时的速度?
(2)小球在最低位置时,细线对小球的拉力?
正确答案
解:(1)小球由最大偏角θ处下落到最低点时,竖直的高度差是 h=l(1-cosθ)
由机械能守恒定律知 mgh=
所以 vA=
(2)在最低点A,由重力和拉力的合力提供向心力,则得
T-mg=m
解得 T=3mg-2mgcosθ
答:
(1)小球运动到最低位置时的速度是.
(2)在最低点,细线对小球的拉力为3mg-2mgcosθ.
解析
解:(1)小球由最大偏角θ处下落到最低点时,竖直的高度差是 h=l(1-cosθ)
由机械能守恒定律知 mgh=
所以 vA=
(2)在最低点A,由重力和拉力的合力提供向心力,则得
T-mg=m
解得 T=3mg-2mgcosθ
答:
(1)小球运动到最低位置时的速度是.
(2)在最低点,细线对小球的拉力为3mg-2mgcosθ.
如图,水平放置的匀质圆盘可绕通过圆心的竖直轴OO′转动.两个质量均为lkg的小木块a和b放在圆盘上,a、b与转轴的距离均为1cm,a、b与圆盘间的动摩擦因数分别为0.1和0.4(设虽大静摩擦力等于滑动摩擦力).若圆盘从静止开始绕OO′缓慢地加速转动,用m表示网盘转动的角速度,则(取g=10m/s2)( )
正确答案
解析
解:A、木块的最大静摩擦力f=μmg.木块随圆盘一起转动,静摩擦力提供向心力,由牛顿第二定律得木块所受的静摩擦力为:f=mω2r,当f=μmg,角速度最大ωm=,由此知允许的角速度与质量无关,由动摩擦因数和半径有关,故a允许的角速度比b的小,故a一定比b先开始滑动;故A正确;
B、由f=mω2r知当ω=5rad/s时,b所受摩擦力的大小f=1×52×0.01=0.25N<μ2mg=4N,故B错误;
C、由f=mω2r知当ω=10rad/s时,a所受摩擦力的大小f=1×102×0.01=1N=μ1mg=1N,故C正确;
D、由ωm=知b的角速度最大为ωB=
=20rad/s,继续增大ω,b相对圆盘开始滑动,故D正确;
故选:CD.
如图所示,行车通过长为5米的吊臂,吊着质量为1吨的钢材,以v=2m/s速度沿水平方向匀速行驶,行车突然停车,问:
(1)行车突然停车前,吊钩受到的拉力多大?
(2)行车突然停车后,钢材做什么运动?
(3)行车突然停车的瞬间,吊钩受到的拉力多大?(g取10m/s2)
正确答案
解:(1)由二力平衡条件知:F=mg=104N
即行车在行驶过程中,吊钩受到的拉力F等于104N.
(2)(3)由题意知,行车突然停车的瞬间,钢材开始做圆周运动,其所受合力提供向心力,
即:F′-mg=m
故F′=m(g+)=1.08×104N
答:(1)行车突然停车前,吊钩受到的拉力为104N;
(2)行车突然停车后,钢材做圆周运动;
(3)行车突然停车的瞬间,吊钩受到的拉力为1.08×104N.
解析
解:(1)由二力平衡条件知:F=mg=104N
即行车在行驶过程中,吊钩受到的拉力F等于104N.
(2)(3)由题意知,行车突然停车的瞬间,钢材开始做圆周运动,其所受合力提供向心力,
即:F′-mg=m
故F′=m(g+)=1.08×104N
答:(1)行车突然停车前,吊钩受到的拉力为104N;
(2)行车突然停车后,钢材做圆周运动;
(3)行车突然停车的瞬间,吊钩受到的拉力为1.08×104N.
如图,长为R=0.9m的轻杆,在其一端固定一物块(看成质点),物块质量m=0.9kg,以O点为轴使物块在竖直平面内做圆周运动,其右端有一倾斜的传送带正在以速度v0=16m/s顺时针方向转动,传送带顶端与圆周最高点相距,忽略传送带圆弧部分的影响.当物块经过最高点时,(g取10m/s2)
(1)若物块刚好对杆没有作用力,则物块速度vx为多大?
(2)在第(1)问的情况下,若物块从最高点脱出做平抛运动,要使物块刚好从传送带顶端与传送带相切进入传送带,则传送带的倾角θ应该为多大?
(3)在第(2)问的情况下,若传送带长为L=11m,物块与传送带之间的动摩擦因数为μ=,则物块从传送带顶端运动到底端的时间是多少?
正确答案
解:(1)物块在竖直面内做圆周运动,通过最高时与杆没有作用力,其重力充当向心力,有:
mg=
解得vx=
(2)当物块下降到达传送带顶端时,设其竖直方向分速度为vy,则速度-位移公式得
vy2=2g
vy=
要使物块与传送带相切进入传送带,则传送带的倾角必须等于物块速度与水平方向的夹角,即
tanθ=
即θ=60°
(3)当物块到达传送带顶端时,其速度大小<v0=16m/s
因物块速度小于传送带速度,物块沿传送带加速下滑,设其加速度为a,由牛顿第二定律得
mgsinθ+μmgsinθ=ma
解得a=m/s2
设物块时间t能够达到与传送带相同速度,由速度公式得
v0=v+at
解得t=
即通过1s后物块刚好到达传送带底端,所以物块从传送带顶端运动到底端的时间是1s.
答:(1)若物块刚好对杆没有作用力,则物块速度vx为3m/s;(2)传送带的倾角θ应该为60度;(3)物块从传送带顶端运动到底端的时间是.
解析
解:(1)物块在竖直面内做圆周运动,通过最高时与杆没有作用力,其重力充当向心力,有:
mg=
解得vx=
(2)当物块下降到达传送带顶端时,设其竖直方向分速度为vy,则速度-位移公式得
vy2=2g
vy=
要使物块与传送带相切进入传送带,则传送带的倾角必须等于物块速度与水平方向的夹角,即
tanθ=
即θ=60°
(3)当物块到达传送带顶端时,其速度大小<v0=16m/s
因物块速度小于传送带速度,物块沿传送带加速下滑,设其加速度为a,由牛顿第二定律得
mgsinθ+μmgsinθ=ma
解得a=m/s2
设物块时间t能够达到与传送带相同速度,由速度公式得
v0=v+at
解得t=
即通过1s后物块刚好到达传送带底端,所以物块从传送带顶端运动到底端的时间是1s.
答:(1)若物块刚好对杆没有作用力,则物块速度vx为3m/s;(2)传送带的倾角θ应该为60度;(3)物块从传送带顶端运动到底端的时间是.
如图所示,质量为m的小球置于光滑的正方体盒子中,盒子的边长略大于球的直径.某同学拿着该盒子在竖直平面内做半径为R的匀速圆周运动,已知重力加速度为g,空气阻力不计,要使在最高点时盒子与小球之间恰好无作用力,则( )
正确答案
解析
解:AB、在最高点时盒子与小球之间恰好无作用力,说明此时恰好只有小球的重力作为小球的向心力,由mg=mR得,周期T=2π
,故A错误,B正确.
CD、盒子在最低点时受重力和支持力的作用,由F-mg=mR得:F=2mg,故C、D错误.
故选:B
“魔盘”娱乐设施转动得很慢时,盘上的人都可以随“魔盘”一起转动而不至于被甩开,随着“魔盘”的转速增大,盘上的人逐渐向边缘滑去.两个质量均为m的小孩a和b(可视为质点)坐在水平“魔盘”上,其简化图如图所示.a、b与转轴OO′的距离分别为l和2l.两小孩与“魔盘”的最大静摩擦力(最大静摩擦力等于滑动摩擦力)为其所受重力的k倍,重力加速度大小为g,若“魔盘”从静止开始绕转轴缓慢地加速转动,用ω表示“魔盘”转动的角速度,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、两个小孩的最大静摩擦力相等.两人随圆盘一起转动,由静摩擦力提供向心力,由牛顿第二定律得:小孩所受的静摩擦力f=mω2r,m、ω相等,f∝r,所以b所受的静摩擦力大于a的静摩擦力,当圆盘的角速度增大时b的静摩擦力先达到最大值,所以b一定比a先开始滑动,故A正确,B错误;
C、b开始滑动时,由牛顿第二定律得:kmg=mω2•2l,得ω=.故C正确.
D、a开始滑动时,由牛顿第二定律得:kmg=mω2l,得ω=.由于ω=
<
时,小孩相对于圆盘没有滑动,由静摩擦力提供向心力,则有 f=mω2l=m
l=
kmg,故D错误.
故选:AC.
如图所示,三角形板ACD在竖直平面内绕C点沿顺时针方向以角速度ω匀速转动,∠ABC为直角且AB=BC=L.一质点P沿AD边作匀速运动,当三角形板ACD转动一周时P恰好从A点运动到B点,关于质点P下列说法正确的是 ( )
正确答案
解析
解:
A、质点P既参与了匀速运动,又参与了圆周运动,圆周运动是变速运动,所以两合运动仍是变速运动.故A正确.
B、设匀速运动的速度为v,有,v=
.质点在P点时,匀速运动的速度为v,参与圆周运动的速度为ωL,两速度在同一方向上,最终的合速度为v+ωL.故B错误.
C、质点P在A的速度是两个速度的合速度,沿AB边匀速运动的速度v1=.做圆周运动的速度v2=
Lω,两速度的夹角为45°
根据余弦定理,合速度vA2=(+
+2)Lω,在B点的合速度vB=(
+1)Lω,vB2=(
+
+1)Lω.可知,A点的速度大于B点的速度,所以A点的动能大于B点的动能.故C正确.
D、在A点,沿AB边匀速运动的速度v1=.做圆周运动的速度v2=
Lω,两速度的夹角为45°,根据余弦定理,合速度vA2=(
+
+2)Lω,设合速度与AB边得夹角为α,根据余弦定理,cosα=
,根据正弦定理
=
,联立两式tanα=
.故D正确.
故选:ACD
扫码查看完整答案与解析