- 向心力
- 共7577题
一轻杆一端固定质量为m的小球,以另一端O为圆心,使小球在竖直平面内作半径为R的圆周运动,如图所示,则( )
正确答案
解析
解:A、当小球在最高点恰好只有重力作为它的向心力的时候,此时球对杆没有作用力,所以A正确.
B、轻杆带着物体做圆周运动,只要物体能够到达最高点就可以了,所以速度可以为零,所以B正确.
C、小球在最高点时,如果速度恰好为,则此时恰好只有重力作为它的向心力,杆和球之间没有作用力,如果速度小于
,重力大于所需要的向心力,杆就要随球由支持力,方向与重力的方向相反,此时最大的支持力就是球在最高点的速度为零时,最大值和重力相等,所以CD错误.
故选:AB
下面的实验可以用来探究Fn=m
的正确性.细线一端固定在铁架台上,另一端悬挂一小钢球.小钢球质量m事先用天平测出(重力加速度g已知).将画着几个同心圆的白纸置于水平桌面上,使小钢球静止时刚好能够与纸面接触并正好位于圆心处.用手带动小钢球使它沿纸上某个圆周匀速转动起来.测出悬点到桌面的距离h、小钢球沿纸上某个圆周运动时该圆周的半径r(h>r).
(1)根据小钢球受力情况分析可知,做圆周运动的小球受到的合外力为F合=______;
(2)从小钢球经过圆周上某一位置时开始计时并记为小球第1次通过该位置,若在t时间内小球第n次经过该位置,则小钢球运动的线速度v=______,小钢球做圆周运动的向心力为Fn=______;
(3)有同学认为小钢球的质量m其实没有必要测量出具体的数值,因为质量m可以在运算过程中消去,你认为这种观点正确吗?答:______(只回答正确或不正确,不必叙述理由)
正确答案
解:(1)对小球受力分析如图所示,则有:
F=mgtanθ=;
(2)从小钢球经过圆周上某一位置时开始计时并记为小球第1次通过该位置,若在t时间内小球第n次经过该位置,故周期为:T=;
则小钢球运动的线速度:v==
;
小钢球做圆周运动的向心力为:Fn=mω2r=m=
;
(3)实验要验证:=
;
因为质量m可以在运算过程中消去,故小钢球的质量m其实没有必要测量出具体的数值;
故答案为:
(1);
(2),
;
(3)正确.
解析
解:(1)对小球受力分析如图所示,则有:
F=mgtanθ=;
(2)从小钢球经过圆周上某一位置时开始计时并记为小球第1次通过该位置,若在t时间内小球第n次经过该位置,故周期为:T=;
则小钢球运动的线速度:v==
;
小钢球做圆周运动的向心力为:Fn=mω2r=m=
;
(3)实验要验证:=
;
因为质量m可以在运算过程中消去,故小钢球的质量m其实没有必要测量出具体的数值;
故答案为:
(1);
(2),
;
(3)正确.
一小木块放在圆盘上,小木块m=1kg,距转轴r=4cm,圆盘转ω=10rad/s,小木块与圆盘动摩擦因数μ=0.3,设小木块受最大静摩擦力等于滑动摩擦力,小木块在该处能否处于相对静止状态?在该处处于静止的最大ω是多大?(g=10m/s2)
正确答案
解:小木块做圆周运动,静摩擦力提供向心力,
小木块所需向心力
小木块的最大静摩擦力Ff=μmg=0.3×110=3N
因为Ff<Fn,故不能处于相对静止状态;
当最大静摩擦力提供向心力时ω最大,
令,解得
,
答:小木块在该处不能处于相对静止状态,在该处处于静止的最大ω是.
解析
解:小木块做圆周运动,静摩擦力提供向心力,
小木块所需向心力
小木块的最大静摩擦力Ff=μmg=0.3×110=3N
因为Ff<Fn,故不能处于相对静止状态;
当最大静摩擦力提供向心力时ω最大,
令,解得
,
答:小木块在该处不能处于相对静止状态,在该处处于静止的最大ω是.
如图所示,一长为L的细绳一端固定在天花板上,另一端与一质量为m的小球相连接.现使小球在一水平面上做匀速圆周运动,此时细绳与竖直方向的夹角为θ.不计空气阻力,
(1)求维持小球做圆周运动的向心力的大小;
(2)求小球做圆周运动线速度的大小;
(3)某同学判断,若小球的线速度增大,细绳与竖直方向的夹角θ也将增大,但角θ不能等于90°,试证明角θ趋近90°时,细绳对小球的拉力将趋近无穷大.
正确答案
解:(1)小球做圆周运动时的受力情况如图所示,由平行四边形定则得:F向=F合=mgtanθ
(2)由牛顿第二定律得:
又 R=Lsinθ
所以 (或
)
(3)绳对球的拉力
当θ→90°时,cosθ→0,所以T→∞
答:(1)维持小球做圆周运动的向心力的大小是mgtanθ;(2)小球做圆周运动线速度的大小 (或
)(3)证明见上.
解析
解:(1)小球做圆周运动时的受力情况如图所示,由平行四边形定则得:F向=F合=mgtanθ
(2)由牛顿第二定律得:
又 R=Lsinθ
所以 (或
)
(3)绳对球的拉力
当θ→90°时,cosθ→0,所以T→∞
答:(1)维持小球做圆周运动的向心力的大小是mgtanθ;(2)小球做圆周运动线速度的大小 (或
)(3)证明见上.
一同学骑自行车在水平公路上以5m/s的恒定速率转弯,已知人和车的总质量m=80kg,转弯的路径近似看成一段圆弧,圆弧半径R=20m,求:
(1)人和车作为一个整体转弯时需要的向心力;
(2)若车胎和路面间的动摩擦因数μ=0.5,为安全转弯,车速不能超过多少.(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10m/s2)
正确答案
解:(1)向心力为:Fn=m=80×
=100N
(2)侧向静摩擦力提供向心力,故有:
μmg=m
解得:vm==
=10m/s
答:1)人和车作为一个整体转弯时需要的向心力为100N;
(2)若车胎和路面间的动摩擦因数μ=0.5,为安全转弯,车速不能超过10m/s.
解析
解:(1)向心力为:Fn=m=80×
=100N
(2)侧向静摩擦力提供向心力,故有:
μmg=m
解得:vm==
=10m/s
答:1)人和车作为一个整体转弯时需要的向心力为100N;
(2)若车胎和路面间的动摩擦因数μ=0.5,为安全转弯,车速不能超过10m/s.
(2016•大连模拟)如图所示,一质量为m的小球,用长为L的细线拴住在竖直面内作完整的圆周运动,阻力不计,则小球通过最高点的速度至少为( )
正确答案
解析
解:小球在最高点的临界情况是拉力为零,靠重力提供向心力,有:mg=m,
解得v=.
故选:C.
一端系在竖直放置的半径为R的圆环顶点P,另一端系一质量为m的小球,t弹簧原长为
R.设开始时小球置于A点,弹簧处于自然状态,当小球运动到最底点时速率为υ,求向心加速度大小?
正确答案
解:小球沿圆环做圆周运动,其轨道半径等于圆环的半径R,
在最低点时,小球的向心加速度:a=;
答:当小球运动到最底点时向心加速度大小为.
解析
解:小球沿圆环做圆周运动,其轨道半径等于圆环的半径R,
在最低点时,小球的向心加速度:a=;
答:当小球运动到最底点时向心加速度大小为.
一辆汽车以15m/s的速率通过一座拱桥的桥顶如图,汽车对桥面的压力等于车重的一半,这座拱桥的半径是______m.若要使汽车过桥顶时对桥面无压力,则汽车过桥顶时的速度大小至少是______m/s.
正确答案
解:(1)根据牛顿第三定律知,当车对桥顶压力为重力一半时,桥对车的支持力N=,因为车在最高点合力提供圆周运动向心力有:
桥的半径r=
(2)当车对桥顶无压力时,车在桥顶所受重力提供圆周运动向心力有:
得汽车的速度=21.2m/s
故答案为:45,21.2.
解析
解:(1)根据牛顿第三定律知,当车对桥顶压力为重力一半时,桥对车的支持力N=,因为车在最高点合力提供圆周运动向心力有:
桥的半径r=
(2)当车对桥顶无压力时,车在桥顶所受重力提供圆周运动向心力有:
得汽车的速度=21.2m/s
故答案为:45,21.2.
如图所示,在半径为R的半圆形碗的光滑表面上,一质量为m的小球以转数n转每秒在水平面内作匀速圆周运动,该平面离碗底的距离h为( )
正确答案
解析
解:小球靠重力和支持力的合力提供向心力,如图所示:
小球做圆周运动的半径为:r=Rsinθ,
根据力图可知:tanθ=
而向心力:F向=mω2Rsinθ;
解得:cosθ=.
所以h=R-Rcosθ=R-R•=R-
.故A正确.
故选:A.
一质量为2000kg的汽车,行驶到一座半径为40m的圆弧形拱桥顶端时,汽车运动速度为8m/s.求此时汽车对桥面的压力的大小(g=10m/s2).
正确答案
解:当小车以10m/s的速度经过桥顶时,对小车受力分析,小车受重力G和支持力N;
根据牛顿第二定律得:
G-N=m
解得:N=20000-2000×=16800N
根据牛顿第三定律得:它对桥顶部的压力大小为16800N.
答:此时汽车对桥面的压力的大小为16800N.
解析
解:当小车以10m/s的速度经过桥顶时,对小车受力分析,小车受重力G和支持力N;
根据牛顿第二定律得:
G-N=m
解得:N=20000-2000×=16800N
根据牛顿第三定律得:它对桥顶部的压力大小为16800N.
答:此时汽车对桥面的压力的大小为16800N.
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