- 向心力
- 共7577题
如图所示,两个质量不同的小球用长度不等的细线拴在同一点,并在同一水平面内作匀速圆周运动,则它们的( )
正确答案
解析
解:A、对其中一个小球受力分析,如图,受重力,绳子的拉力,由于小球做匀速圆周运动,故合力提供向心力;
将重力与拉力合成,合力指向圆心,由几何关系得,合力:F=mgtanθ…①;
由向心力公式得到:F=mω2r…②;
设绳子与悬挂点间的高度差为h,由几何关系,得:r=htanθ…③;
由①②③三式得:ω=,与绳子的长度和转动半径无关,又由T=
知,周期相同,故A正确;
B、由v=ωr,两球转动半径不等,故B错误;
C、由a=ω2r,两球转动半径不等,故C错误;
D、细线的拉力 T=,因θ不同,故T不同,故D错误;
故选:A.
在1998年的冬季奥运会上,我国运动员杨扬技压群芳,刷新了短道速滑1000m世界记录.在比赛中当她通过半径为R的弯道时,可获得的最大向心力大小为其自身重力的k倍,则其安全滑行的速度不超过______.
正确答案
解析
解:运动员进入弯道时,摩擦力提供向心力,根据牛顿第二定律得:kmg=m
解得:.
故答案为:
有一种角速度计可以测量航天器的转动角速度,其结构如图所示,角速度计固定在待测装置上,当装置绕竖直轴OO′转动时,元件A在光滑杆上发生位移并输出电压信号,成为航天器制导系统的信息源.静止时,滑动触头在R的最左端,R的总长度为l.已知A的质量为m,弹簧的劲度系数为k,自然长度为l0,电源的电动势为E,内电阻不计.当系统以角速度ω转动时,求U与ω的函数关系.
正确答案
解:当系统以角速度ω转动时对元件A,弹簧弹力提供做圆周运动的向心力为:kx=mω2(l0+x);
电压表的读数为:U=E
解得U与ω的函数关系:U=
当x=l时,有:,
上式成立的条件是:
答:U与ω的函数关系为U=.
解析
解:当系统以角速度ω转动时对元件A,弹簧弹力提供做圆周运动的向心力为:kx=mω2(l0+x);
电压表的读数为:U=E
解得U与ω的函数关系:U=
当x=l时,有:,
上式成立的条件是:
答:U与ω的函数关系为U=.
一轻质细杆末端固定一个小球,绕着轻杆的另一端在竖直面内做圆周运动.若小球的质量m=1kg,轻杆长L=0.1m,重力加速度g=10m/s2,则( )
正确答案
解析
解:A、杆子可以表现为拉力,可以表现为支持力,在最高点的最小速度为0,故A错误.
B、当小球通过最高点的速度为0.5 m/s时,需要的向心力F向=1×=2.5N,方向竖直向下,
小球的质量m=1kg,根据牛顿第二定律得:
mg-N=F向,
N=7.5N,所以轻杆对它的支持力为7.5 N,故B错误;
C、当小球通过最高点的速度为1.5 m/s时,需要的向心力F向=1×=22.5N,
根据牛顿第二定律得:
mg+N′=F向,
N′=12.5 N,所以轻杆对它的拉力为12.5 N,故C正确;
D、当小球在最高点时,合力方向竖直向下,小球重力是10N,轻杆对小球的支持力不可能为12 N,故D正确;
故选:CD.
如图所示,轻绳长为L一端系一小球,另一端固定于O点,在O点正下方的P点钉一颗钉子,OP=
,使悬线拉紧与竖直方向成一角度θ,然后由静止释放小球,当悬线碰到钉子时( )
正确答案
解析
解:A、当悬线碰到钉子时,线速度大小不变.故A错误.
B、当悬线碰到钉子时,线速度大小不变,摆长变小,根据a=知,加速度变大.故B正确.
C、根据Fn=ma,知向心加速度增大,则小球所受的向心力增大.故C正确.
D、根据牛顿第二定律得,F-mg=m,则F=mg+
,线速度大小不变,l变短,则拉力变大.故D正确.
故选BCD.
有一座桥面半径为40m的凸形桥,设桥面顶端能承受的最大压力为2×105N.如果有一辆40T的卡车要通过此桥,则该车在通过桥顶的速度不得小于______.若要使此车通过桥顶时对桥面压力为零,则该车在通过桥顶的速度至少为______.
正确答案
20m/s
解析
解:根据牛顿第二定律得,mg-N=,解得v=10
m/s.
当压力为零时,有:mg=,解得v′=20m/s.
故答案为:,20m/s.
如图所示,半径为R的大圆环上套有一质量为m的小球,当大圆环绕着过环心的竖直轴旋转时,小球随着一起做匀速圆周运动.已知小球与大圆环间的最大静摩擦力大小为f=0.6mg,小球偏离大圆环最低点的角度始终为θ=37°(已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度为g).
(1)若小球受到的摩擦力恰好为零,求此时的角速度ω1及弹力N1的大小;
(2)若小球即将相对于大圆环向外滑动,求角速度ω2.
正确答案
解:(1)小球绕着竖直轴旋转时做匀速圆周运动,摩擦力恰好为零时,由其重力和圆环的支持力的合力提供向心力,如图所示,由牛顿第二定律得:
竖直方向上有:N1cosθ=mg
水平方向上有:N1sinθ=mω12Rsinθ
解得 N1==
mg,ω1=
=
(2)若小球即将相对于大圆环向外滑动,小球所受的最大静摩擦力沿圆弧切线方向向下,根据牛顿第二定律得:
竖直方向上有:N2cosθ=mg+fsinθ
水平方向上有:N2sinθ+fcosθ=mω22Rsinθ
又 f=0.6mg
解得:ω2=
答:
(1)若小球受到的摩擦力恰好为零,此时的角速度ω1是,弹力N1的大小是
mg;
(2)若小球即将相对于大圆环向外滑动,角速度ω2是.
解析
解:(1)小球绕着竖直轴旋转时做匀速圆周运动,摩擦力恰好为零时,由其重力和圆环的支持力的合力提供向心力,如图所示,由牛顿第二定律得:
竖直方向上有:N1cosθ=mg
水平方向上有:N1sinθ=mω12Rsinθ
解得 N1==
mg,ω1=
=
(2)若小球即将相对于大圆环向外滑动,小球所受的最大静摩擦力沿圆弧切线方向向下,根据牛顿第二定律得:
竖直方向上有:N2cosθ=mg+fsinθ
水平方向上有:N2sinθ+fcosθ=mω22Rsinθ
又 f=0.6mg
解得:ω2=
答:
(1)若小球受到的摩擦力恰好为零,此时的角速度ω1是,弹力N1的大小是
mg;
(2)若小球即将相对于大圆环向外滑动,角速度ω2是.
在云南省某些地方到现在还要依靠滑铁索过江(如图甲)若把这滑铁索过江简化成图乙的模型,铁索的两个固定点A、B在同一水平面内,AB间的距离为L=80m,绳索的最低点离AB间的垂直距离为h=8m,若把绳索看作是圆弧,已知一质量m=52kg的人借助滑轮(滑轮质量不计)滑到最低点的速度为10m/s,取g=10m/s2.那么( )
正确答案
解析
解:
A、人借助滑轮下滑过程中,速度大小是变化的,所以人在整个绳索上运动不能看成匀速圆周运动.故A错误.
B、设绳索的圆弧半径为r,则由几何知识得:,代入解得,r=104m.故B错误.
C、对人研究:根据牛顿第二定律得:N-mg=m,得到N=mg+m
,代入解得人在滑到最低点时绳索对人支持力N=570N,根据牛顿第三定律得知,人在滑到最低点时对绳索的压力为570N.故C正确.
D、由C项得知,在滑到最低点时人对绳索的压力大于人的重力,人处于超重状态.故D错误.
故选C
(2015春•苏州校级月考)如图所示一辆翻滚过山车质量为m=100kg,从轨道的顶端A释放后,沿轨道运行,如图所示.当它恰好能经过最高点B时,车的速度大小是多少?车对轨道压力大小是多少?(图中A距地面高72m,B距地面高37m,取g=10m/s2)
正确答案
解:据题,车子恰好能经过最高点B时,车对轨道的压力为0,由重力提供车所需要的向心力,则由牛顿第二定律得:
mg=m
可得 v==
=
m/s
答:车的速度大小是m/s,车对轨道压力大小是0.
解析
解:据题,车子恰好能经过最高点B时,车对轨道的压力为0,由重力提供车所需要的向心力,则由牛顿第二定律得:
mg=m
可得 v==
=
m/s
答:车的速度大小是m/s,车对轨道压力大小是0.
如图所示,质量为m′的半圆形轨道槽放置在水平地面上,槽内壁光滑.质量为m的小物体从槽的左侧顶端由静止开始下滑到右侧最高点的过程中,轨道槽始终静止,则该过程中( )
正确答案
解析
解:A、当m在最高点时,物体只受重力对半圆轨道没有压力,故此时轨道槽对地面的压力最小为m′g,故A正确;
B、当物体运动到最低点时,由机械能守恒可知,mv2=mgR;由向心力公式可得m
=F-mg;
解得:F=3mg;故轨首槽对地面的压力为3mg+m′g;此时压力最大,故B正确;
C、当m对轨道的压力有沿水平方向的分量时,轨道槽受到水平方向的摩擦力,而在最低点时,水平分量为零,故此时摩擦力为零,故C错误;
D、m在轨道左侧时,对槽的弹力有水平向左的分量,故此时地面对槽有向右的摩擦力;当物体到达右侧时,弹力向右,故摩擦力向左,由牛顿第三定律可知,D正确;
故选ABD.
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