- 向心力
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如图所示,在固定的圆锥形漏斗的光滑内壁上,有两个质量相等的小物块A和B,它们分别紧贴漏斗的内壁,在不同的水平面上做匀速圆周运动.则以下叙述正确的是( )
正确答案
解析
解:对A、B两球进行受力分析,两球均只受重力和漏斗给的支持力FN.如图所示.
设内壁与水平面的夹角为θ.
根据牛顿第二定律有:mgtanθ=
则v=,半径大的线速度大,所以A的线速度大于B的线速度.
ω=,知半径越大,角速度越小,所以A的角速度小于B的角速度.
T=,则角速度越大,周期越小,所以A的周期大于B的周期.
支持力,知物块A对漏斗内壁的压力等于物块B对漏斗内壁的压力.
故AD正确,B、C错误.
故选AD.
(2016•南通一模)如图所示,光滑杆AB与竖直方向的夹角为θ,质量为m的小球套在杆上,球在杆上C点随杆一起绕竖直轴OO′以角速度ω转动,则( )
正确答案
解析
解:AB、设小球到B点的竖直距离是h,小球的合外力提供向心力,对球受力分析,受重力和垂直于杆的支持力,如图所示,有:
Fn=…①
由向心力公式有:Fn=m…②
由几何关系可知:R=h•tanθ…③
由①②③式解得:g=,因g和v不变,所以m减小后,h不变,小球仍在C点随杆转动,选项A正确,B错误.
CD、ω增大时,杆对球的支持力方向就不在OO′C所在的平面内,即与速度的方向不再垂直,而是小于90°,此过程中支持力与速度之间的夹角是锐角,支持力对小球做正功,选项C错误,D正确.
故选:AD
如图所示,轻绳一端固定在O点,另一端固定一质量为m的小球,现在圆周的最低点A点给小球一水平向右的初速度使小球在竖直平面内做半径为R的圆周运动.小球在运动过程中始终受到一竖直向上的恒力F作用,不计一切阻力.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、当F=mg时,即F和重力平衡,杆对球的作用力提供小球圆周运动向心力,故小球在杆的作用力下做匀速圆周运动,故A正确;
BC、若F<mg时,F和mg的合力为mg-F,等效重力加速度a=g-,分析此时球能过最高点时的临界速度v=
,由此可得B错误,C正确;
D、当F>mg时,小球的等效重力为F-mg,注意此时等效重力方向竖直向上,故小球在最高点B时,在等效重力方向为等效最低点,所以小球在B点的最小速度为0,故D错误.
故选:AC
如图所示,一质量为m的小球做圆锥摆运动,已知细线长为L,细线和竖直方向的夹角为θ,则小球做匀速圆周运动的向心加速度为______,周期为______.
正确答案
tanθ
2π
解析
解:小球所受的重力和拉力的合力提供圆周运动的向心力,根据mgtanθ=ma得:
a=gtanθ
做圆周运动的半径为:
r=Lsinθ
根据a=得:T=2π
故答案为:gtanθ; 2π
如图所示,光滑杆偏离竖直方向的夹角为α,杆以O为支点 绕竖直转轴旋转,质量为m的小球套在杆上可沿杆滑动,当杆角速度为ω1时,小球旋转平面在A处,杆对球的压力为N1;当杆角速度为ω2时,小球旋转平面在B处,设杆对球的压力为N2,则有( )
正确答案
解析
解:A、对小球受力分析,如图所示,根据平行四边形定则知,N=
,可知支持力大小相等,则压力大小相等.故A错误,B正确.
C、根据得,ω=
,由于r2>r1,所以ω1>ω2.故D正确,C错误.
故选:BD
一细绳拴一质量m=100g的小球,在竖直平面内做半径R=40cm的圆周运动,取g=10m/s2,求:
(1)小球恰能通过圆周最高点时的速度;
(2)小球以v1=5.0m/s的速度通过圆周最低点时,绳对小球的拉力.
正确答案
解:(1)小球恰能到达最高点,根据mg=,
解得v=.
(2)根据牛顿第二定律得,,
解得F=mg+=
.
答:(1)小球恰能通过圆周最高点的速度为2m/s;
(2)绳对小球的拉力为7.25N.
解析
解:(1)小球恰能到达最高点,根据mg=,
解得v=.
(2)根据牛顿第二定律得,,
解得F=mg+=
.
答:(1)小球恰能通过圆周最高点的速度为2m/s;
(2)绳对小球的拉力为7.25N.
一圆盘可以绕其竖直轴在水平面内转动,圆盘半径为R,甲、乙物体质量分别为M和m(M>m),它们与圆盘之间的最大静摩擦力均为正压力的μ倍,两物体用一根长为L(L<R)的轻绳连在一起.如图所示,若将甲物体放在转轴的位置上,甲、乙之间连线刚好沿半径方向被拉直,要使两物体与圆盘不发生相对滑动,则转盘旋转的角速度最大不得超过(两物体均看做质点)( )
正确答案
解析
解:当绳子的拉力等于甲的最大静摩擦力时,角速度达到最大,
有T+μmg=mLω2,
T=μMg.
所以ω=
故选:D
宇航员到达某行星表面后,用长为L的细线拴一小球,让球在竖直面内做圆周运动.他测得当球通过最高点的速度为v0时,绳中张力刚好为零.设行星的半径为R、引力常量为G,求:
(1)该行星表面的重力加速度大小
(2)该行星的质量
(3)在该行星表面发射卫星所需要的最小速度.
正确答案
解:(1)由题意知:球在最高点只受重力作用,设小球的质量为m,
由牛顿第二定律得:mg=m,解得:g=
①.
(2)对行星表面的任一物体m′所受到的重力等于物体与行星间的万有引力,
设行星质量为M,则m′g=G ②,
由①②解得行星的质量M=
(3)对卫星,绕行星表面做圆周运动的向心力由万有引力即重力提供,
由牛顿第二定律得:mg=m ③,由①③解得:v=v0
.
答:(1)该行星表面的重力加速度大小是.
(2)该行星的质量是.
(3)在该行星表面发射卫星所需要的最小速度是v0.
解析
解:(1)由题意知:球在最高点只受重力作用,设小球的质量为m,
由牛顿第二定律得:mg=m,解得:g=
①.
(2)对行星表面的任一物体m′所受到的重力等于物体与行星间的万有引力,
设行星质量为M,则m′g=G ②,
由①②解得行星的质量M=
(3)对卫星,绕行星表面做圆周运动的向心力由万有引力即重力提供,
由牛顿第二定律得:mg=m ③,由①③解得:v=v0
.
答:(1)该行星表面的重力加速度大小是.
(2)该行星的质量是.
(3)在该行星表面发射卫星所需要的最小速度是v0.
如图所示,长为L=4m轻杆可绕其中点O自由转动,初始时质量M=4kg的小物体通过细绳挂在杆的右端,质量m=5kg的小物体通过细绳挂在杆的左端,为使轻杆水平静止,在距左端1m 的P处将其托住,则P点受到轻杆的压力大小为______N;若用水平拉力缓慢将M拉高y,则P处受到的压力______(填“变大”、“变小”或“不变”).
正确答案
20
不变
解析
解:以O为支点,根据力矩平衡条件,有:mg=Mg
,解得N=20N;
拉起y高度后,解:以M为研究对象,设细绳与竖直方向的夹角为α,细绳拉力大小为T,则由平衡条件得:Tcosα=Mg
以O为支点,设杆长为L,PO间距离为l.根据力矩平衡条件得:mg•=N
+Tcosα
;
由以上两式得 mg•=N
+Mg
;
由于M、m、L均不变,则得N不变,即P对杆的支持力不变,则P处受到的压力不变.
故答案为:20,不变.
如图,铁路转弯处外轨应略高于内轨,火车必须按规定的速度行驶,则转弯时( )
正确答案
解析
解:火车转弯做匀速圆周运动,合力指向圆心,受力如图
由向心力公式
F向=m=mgtanθ
因而,m、v一定时,r越大,F向越小;
合力F向与m一定时v变大,r也应该变大;
v变大,要做离心运动,会对轨道外侧造成挤压;
故选AD.
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