- 向心力
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如图所示,一辆汽车在水平路面上行驶时对路面的压力______(选填“大于”、“等于”或“小于”)汽车所受的重力;通过拱形路面最高处时对路面的压力______(选填“大于”、“等于”或“小于”)汽车所受的重力.
正确答案
等于
小于
解析
解:汽车在水平路面上行驶时对路面的压力等于其重力;汽车通过凸圆弧形路面顶部时,由汽车的重力和桥面的支持力的合力提供汽车的向心力,即:
mg-FN=m
解得:FN=mg-m
有:FN<mg
根据牛顿第三定律可知,汽车对路面的压力为:FN′=FN<mg.
故答案为:等于,小于.
要求摩托车由静止开始在尽量短的时间内走完一段直道,然后驶入一段半圆形的弯道,但在弯道上行驶时车速不能太快,以免离心作用而偏出车道.有关数据如表:
摩托车在直道上的运动情况是______(说明加速、减速的先后情况).直道上运动的总时间为______s.
正确答案
解:如果摩托车由静止开始加速到直道最大速度v1,则有:=10s,
这段时间内的位移为:,
然后再减速到:v2=20m/s,
,
这段时间内的位移为:,
则s1+s2=275m>218m,说明汽车不能加速到40m/s.
设摩托车加速的最大速度为vm,则加速阶段的位移为:.
随后减速到v2发生的位移为:.
且s1+s2=s
代入数据解得:vm=36m/s
所以:,
摩托车在直道上先做匀加速运动,后做匀减速运动,行驶所用的最短时间为:t=t′1+t′2=9+2=11s.
故答案为:先做匀加速直线运动,后做匀减速直线运动;11
解析
解:如果摩托车由静止开始加速到直道最大速度v1,则有:=10s,
这段时间内的位移为:,
然后再减速到:v2=20m/s,
,
这段时间内的位移为:,
则s1+s2=275m>218m,说明汽车不能加速到40m/s.
设摩托车加速的最大速度为vm,则加速阶段的位移为:.
随后减速到v2发生的位移为:.
且s1+s2=s
代入数据解得:vm=36m/s
所以:,
摩托车在直道上先做匀加速运动,后做匀减速运动,行驶所用的最短时间为:t=t′1+t′2=9+2=11s.
故答案为:先做匀加速直线运动,后做匀减速直线运动;11
冰面对溜冰运动员的最大静摩擦力为运动员重力的k倍,在水平冰面上沿半径为R的圆周滑行的运动员,其安全速度的最大值是( )
正确答案
解析
解:由题意可知,最大静摩擦力为重力的k倍,所以最大静摩擦力等于kmg,
设运动员的最大的速度为v,则:
kmg=m
解得:v=
故选:B.
铁路转弯处的弯道半径,是根据地形决定的.弯道处要求外轨比内轨高,其内外轨高度差h的设计不仅与r有关,还与火车在弯道上的行驶速率v有关.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:设内外轨的水平距离为d,根据火车转弯时,重力与支持力的合力提供向心力得:
如果r一定时,v越大则要求h越大,故C错误,D正确;
如果v一定时,r越大则要求h越小,r越小则要求h越大,故A正确,B错误.
故选:AD
如图所示,用一根长l为0.8m的细绳,一端拴一个质量为m的小球,另一端悬于离地面高h为2.6m处,当细绳受到3mg拉力时会被拉断,现把这小球拉到使细绳与竖直方向夹角为θ时由静止释放,若球摆到细绳竖直位置时,绳子刚好被拉断,小球平抛落到地面.求:(g=10m/s2,答案可以带根号)
(1)小球摆到细绳竖直位置时速度大小?
(2)小球落地点离绳子断裂位置的水平距离为多少?
(3)小球落地的速度是多大?
正确答案
解:(1)由题可知小球摆到细绳竖直位置时,细绳拉力为:F=3mg
由牛顿第二定律有:
代入数据解得:v0=4m/s
(2)绳子被拉断后,小球做平抛运动
竖直方向有:
水平方向有:x=vt
解得:x=2.4m
t=0.6s
(3)小球竖直方向做自由落体:
vy=gt=6m/s
落地速度为:
答:(1)小球摆到细绳竖直位置时速度大小4m/s
(2)小球落地点离绳子断裂位置的水平距离为2.4m
(3)小球落地的速度是
解析
解:(1)由题可知小球摆到细绳竖直位置时,细绳拉力为:F=3mg
由牛顿第二定律有:
代入数据解得:v0=4m/s
(2)绳子被拉断后,小球做平抛运动
竖直方向有:
水平方向有:x=vt
解得:x=2.4m
t=0.6s
(3)小球竖直方向做自由落体:
vy=gt=6m/s
落地速度为:
答:(1)小球摆到细绳竖直位置时速度大小4m/s
(2)小球落地点离绳子断裂位置的水平距离为2.4m
(3)小球落地的速度是
在水平转台上,距转轴为d=20cm处插立一竖直杆,杆顶系一根原长为L=1m、劲度系数为k=20N/m的轻细弹簧,另一端挂一个质量为m=1kg的小球,当球随转台一起匀速转动时,弹簧张开的角度α=53°,如图所示.求:转台转转动的角速度.(球看作质点;sin53°=0.8,cos53°=0.6;g=10m/s2.)
正确答案
解:设弹簧拉力为T,向心力Fn. 根据几何关系得:
T=,
Fn=mgtanα=
根据胡克定律得:
T=k△x
则△x=,
根据几何关系得:
R=(L+△x)sinα+d=m
而Fn=mω2R
解得:ω=2rad/s
答:转台转转动的角速度为2rad/s.
解析
解:设弹簧拉力为T,向心力Fn. 根据几何关系得:
T=,
Fn=mgtanα=
根据胡克定律得:
T=k△x
则△x=,
根据几何关系得:
R=(L+△x)sinα+d=m
而Fn=mω2R
解得:ω=2rad/s
答:转台转转动的角速度为2rad/s.
如图所示,一倾斜的匀质圆盘绕垂直于盘面的固定对称轴以恒定角速度ω转动,盘面上离转轴距离2.5m处有一小物体与圆盘始终保持相对静止,物体质量0.1kg.物体与盘面间的动摩擦因数为
(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力),盘面与水平面的夹角为30°,g取10m/s2.求:
(1)ω的最大值是多少?
(2)以(1)问中的角速度转动时,小物体运动至最高点时所受的摩擦力.
正确答案
解:(1)当物体转到圆盘的最低点,所受的静摩擦力沿斜面向上达到最大时,角速度最大,由牛顿第二定律得:
μmgcos30°-mgsin30°=mω2r
则ω==
rad/s=1rad/s
(2)当物体转到圆盘的最高点,由重力沿斜面向下的分力和静摩擦力(设平行圆盘平面向下)的合力提供向心力,由牛顿第二定律,有:
f+mgsin30°=mω2r
解得:
f=-0.25N 负号表示方向平行圆盘向上
答:(1)ω的最大值是1rad/s;
(2)以(1)问中的角速度转动时,小物体运动至最高点时所受的摩擦力为0.25N,方向平行圆盘向上.
解析
解:(1)当物体转到圆盘的最低点,所受的静摩擦力沿斜面向上达到最大时,角速度最大,由牛顿第二定律得:
μmgcos30°-mgsin30°=mω2r
则ω==
rad/s=1rad/s
(2)当物体转到圆盘的最高点,由重力沿斜面向下的分力和静摩擦力(设平行圆盘平面向下)的合力提供向心力,由牛顿第二定律,有:
f+mgsin30°=mω2r
解得:
f=-0.25N 负号表示方向平行圆盘向上
答:(1)ω的最大值是1rad/s;
(2)以(1)问中的角速度转动时,小物体运动至最高点时所受的摩擦力为0.25N,方向平行圆盘向上.
长度为L=0.5m的轻质细杆OA,A端有一质量为m=3.0kg的小球,如图所示,小球以O点为圆心在竖直平面内做圆周运动,通过最高点时小球的速率是2.0m/s,g取10m/s2,计算此时细杆OA受到的弹力.
正确答案
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v1=m/s>2m/s,所以小球受到细杆的支持力
小球在O点受力分析:重力与支持力
mg-F支=m
则F支=mg-m=6N
所以细杆受到的压力,大小为6N.
答:细杆受到的压力大小为6N.
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v1=m/s>2m/s,所以小球受到细杆的支持力
小球在O点受力分析:重力与支持力
mg-F支=m
则F支=mg-m=6N
所以细杆受到的压力,大小为6N.
答:细杆受到的压力大小为6N.
2013年6月11日,我国航天员聂海胜、张晓光和王亚平在“天宫一号”首次为青少年进行太空授课,开辟了我国太空教育的新篇章,在天宫一号里,长为L的细线一端固定,另一端系一个小球,拉直细线,让小球在B点以垂直于细线的速度v0开始做圆周运动,如图所示,设卫星轨道处重力加速度为g′,在小球运动的过程中,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、绳子拉力时刻与速度方向垂直,只改变速度的方向不改变速度的大小,故小球做匀速圆周运动,故A错误;
B、F=m,v与L不变,故细线拉力的大小不变,B错误;
C、小球做匀速圆周运动时,绳子的拉力提供向心力,只要v0>0,小球都能通过A点,C正确D错误;
故选:C
卫星绕地球做匀速圆周运动时处于完全失重状态,物体对支持面几乎没有压力,所以在这种环境中已经无法用天平称量物体的质量.假设某同学在这种环境中设计了如图所示的装置(图中O为光滑小孔)来间接测量物体的质量:给待测物体一个初速度,使它在桌面上做匀速圆周运动.设航天器中具有基本测量工具.
(1)实验时需要测量的物理量是______.
(2)待测物体质量的表达式为m=______.
正确答案
弹簧秤拉力F.圆周运动半经r.周期T
解析
解:(1)物体做匀速圆周运动的向心力由拉力提供,根据牛顿第二定律有:,可知要测出物体的质量,则需测量弹簧秤的示数F,圆周运动的半径r,以及物体做圆周运动的周期T.
(3)根据,得:
.
故答案为:(1)弹簧秤拉力F.圆周运动半经r.周期T;(2).
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