- 向心力
- 共7577题
在方向水平的匀强电场中,一不可伸长的不导电细线一端连着一个质量为m、电量为+q的带电小球,另一端固定于O点.将小球拉起直至细线与场强平行,然后无初速释放,则小球沿圆弧作往复运动.已知小球摆到最低点的另一侧,线与竖直方向的最大夹角为θ(如图).求
(1)匀强电场的场强.
(2)小球经过最低点时细线对小球的拉力.
正确答案
解:(1)设细线长为l,场强为E.因电量为正,故场强的方向为水平向右.
从释放点到左侧最高点,由动能定理有WG+WE=△Ek=0,
故mglcosθ=qEl(1+sinθ)
解得
(2)若小球运动到最低点的速度为v,此时线的拉力为T,由动能定理同样可得
由牛顿第二定律得
由以上各式解得
答:(1)匀强电场的场强为;
(2)小球经过最低点时细线对小球的拉力为.
解析
解:(1)设细线长为l,场强为E.因电量为正,故场强的方向为水平向右.
从释放点到左侧最高点,由动能定理有WG+WE=△Ek=0,
故mglcosθ=qEl(1+sinθ)
解得
(2)若小球运动到最低点的速度为v,此时线的拉力为T,由动能定理同样可得
由牛顿第二定律得
由以上各式解得
答:(1)匀强电场的场强为;
(2)小球经过最低点时细线对小球的拉力为.
如图所示,半径为R的半球形碗内表面光滑,一质量为m的小球以角速度ω在碗内一水平面做匀速圆周运动,求小球所做圆周运动的轨道平面离碗底的距离h.
正确答案
解:设支持力与竖直方向上的夹角为θ,小球靠重力和支持力的合力提供向心力,小球做圆周运动的半径为r=Rsinθ,根据力图可知:
tanθ==
解得:
cosθ=.
所以h=R-Rcosθ=R-.
答:小球所做圆周运动的轨道平面离碗底的距离h为R-.
解析
解:设支持力与竖直方向上的夹角为θ,小球靠重力和支持力的合力提供向心力,小球做圆周运动的半径为r=Rsinθ,根据力图可知:
tanθ==
解得:
cosθ=.
所以h=R-Rcosθ=R-.
答:小球所做圆周运动的轨道平面离碗底的距离h为R-.
如图,一半径为R=1.00m的水平光滑圆桌面,圆心为O,有一竖直立柱,其横截面为圆形,半径为r=0.1m,圆心也在O点.一根长l=0.757m的细轻绳,一端固定在圆柱上的A点,另一端系一质量为m=0.075kg的小球,将小球放在桌面上并将绳沿半径方向拉直,再给小球一个方向与绳垂直,大小为v0=4m/s的初速度.小球在桌面上运动时,绳子将缠绕在圆柱上.已知绳子的张力为T0=2N时,绳就被拉断,在绳断开前球始终在桌面上运动.试求:
(1)绳刚要断开时,绳的伸直部分的长度为多少;
(2)小球最后从桌面上飞出时,飞出点与开始运动的点B之间的距离为多少.(结果保留3位有效数字)
正确答案
解:(1)因为桌面光滑,绳子一直处于张紧状态,因此小球的速度大小保持不变,设刚要断开时,绳的伸直部分的长度为x,则:T0=
,
解得:x==0.60 m
(2)绳子刚断开时缠绕在圆柱上的长度为:△x=l-x=0.157 m,
缠绕部分对应的圆心角为α==
,
之后小球做匀速直线运动,到达C点,如图所示.
由几何关系可知:xCE==0.8 m,xBE=1.357 m,
xBC==1.58 m.
答:(1)绳刚要断开时,绳的伸直部分的长度为0.60m;
(2)小球最后从桌面上飞出时,飞出点与开始运动的点B之间的距离为1.58m.
解析
解:(1)因为桌面光滑,绳子一直处于张紧状态,因此小球的速度大小保持不变,设刚要断开时,绳的伸直部分的长度为x,则:T0=
,
解得:x==0.60 m
(2)绳子刚断开时缠绕在圆柱上的长度为:△x=l-x=0.157 m,
缠绕部分对应的圆心角为α==
,
之后小球做匀速直线运动,到达C点,如图所示.
由几何关系可知:xCE==0.8 m,xBE=1.357 m,
xBC==1.58 m.
答:(1)绳刚要断开时,绳的伸直部分的长度为0.60m;
(2)小球最后从桌面上飞出时,飞出点与开始运动的点B之间的距离为1.58m.
做匀速圆周运动的物体,所受到的向心力的大小,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据F=m,可知,当半径一定时,向心力与线速度的平方成正比,故A错误;
B、根据F=mω2r,可知,当半径一定时,向心力与与角速度的平方成正比,故B错误;
C、根据F=mω2r,可知,当角速度一定时,向心力与与半径成正比,故C错误;
D、根据F=mωv,可知,向心力与线速度和角速度的乘积成正比,故D正确.
故选D
如图,一端封闭粗细均匀的U形管,其水平部分长L,U形管绕开口臂的轴线以角速度ω匀速转动,有长为L的水银柱封闭一段气柱,若处于U形管水平部分的水银柱的长度为
,则被封闭的气柱的压强为多少?(设水银的密度为ρ,大气压强为p0(Pa))
正确答案
解:取水平管内水银柱为研究对象,它在做匀速圆周运动,角速度为ω,质量为 m=ρSL
轨道半径为L.
所需的向心力F向=mrω2=ρSL2ω2.
向心力是由这段水银柱两侧的压力差提供的.
设封闭气体压强为p
则水银柱两侧压力差 F=(P+ρgh-p0)S.其中h=
所以 F=(P+ρgL-p0)S
F=ρSL2ω2
解此方程得P=P0-ρgL+
ρL2ω2
答:被封闭的气柱的压强为P0-ρgL+
ρL2ω2.
解析
解:取水平管内水银柱为研究对象,它在做匀速圆周运动,角速度为ω,质量为 m=ρSL
轨道半径为L.
所需的向心力F向=mrω2=ρSL2ω2.
向心力是由这段水银柱两侧的压力差提供的.
设封闭气体压强为p
则水银柱两侧压力差 F=(P+ρgh-p0)S.其中h=
所以 F=(P+ρgL-p0)S
F=ρSL2ω2
解此方程得P=P0-ρgL+
ρL2ω2
答:被封闭的气柱的压强为P0-ρgL+
ρL2ω2.
如图甲所示,轻杆一端固定在O点,另一端固定一小球,现让小球在竖直平面内做半径为R的圆周运动.小球运动到最高点时,杆与小球间弹力大小为F,小球在最高点的速度大小为v,其F一v2图象如乙图所示.则下列说法不正确( )
正确答案
解析
解:
A、B、由图乙看出:在最高点,若v=0,则F=mg=a;若F=0,则mg=m,解得:g=
,m=
R,故A正确,B错误;
C、由图可知:v2=b时F=0,向心力Fn=mg,根据向心力公式Fn=m,可知:当v2>b时,杆对小球弹力方向向下,所以当v2=c时,杆对小球弹力方向向下,则小球对杆的弹力方向向上,故C正确;
D、若c=2b.则F+mg=m,解得:F=a,而a=mg,则得:F=mg,故D正确.
本题选错误的,故选:B
如图所示,光滑圆杆MN段竖直,OC段水平且与MN相接于O点,两杆分别套有质量为m的环A和质量为2m的环B,两环的内径比杆的直径稍大,A、B用长为2L的轻绳连接,A和O点用长为L的轻绳连接,现让装置绕竖直杆MN做匀速圆周运动,当ω=
时,OA段绳刚好要断,AB段绳能承受的拉力足够大,求:
(1)OA段绳子刚刚拉直时转动的角速度多大;
(2)OA段绳能承受的最大拉力为多大;
(3)当ω=且转动稳定时,A向外侧移动的距离多大.
正确答案
解:(1)当OA段绳刚刚拉直时,对B分析,在竖直方向上有:
TABcosθ=2mg,
,
解得:.
(2)根据牛顿第二定律得:
,
解得:Tm=.
(3)当ω=且转动稳定时,设绳子与竖直方向的夹角为α,
则TAB′cosα=2mg,,
代入数据解得:,
则有:sinα=,
A向外侧移动的距离为:.
答:(1)OA段绳子刚刚拉直时转动的角速度为;
(2)OA段绳能承受的最大拉力为;
(3)当ω=且转动稳定时,A向外侧移动的距离为
.
解析
解:(1)当OA段绳刚刚拉直时,对B分析,在竖直方向上有:
TABcosθ=2mg,
,
解得:.
(2)根据牛顿第二定律得:
,
解得:Tm=.
(3)当ω=且转动稳定时,设绳子与竖直方向的夹角为α,
则TAB′cosα=2mg,,
代入数据解得:,
则有:sinα=,
A向外侧移动的距离为:.
答:(1)OA段绳子刚刚拉直时转动的角速度为;
(2)OA段绳能承受的最大拉力为;
(3)当ω=且转动稳定时,A向外侧移动的距离为
.
汽车沿半径为25m的圆跑道行驶,设跑道的路面是水平的,路面作用于车的摩擦力的最大值是车重的,要使汽车不致冲出圆跑道,车速最大不能超过______m/s.(g取10m/s2)
正确答案
5
解析
解:当汽车受到的静摩擦力达到最大时,汽车的速度达到最大,设最大速度为v.由牛顿第二定律得:
fm=m
又由题,最大静摩擦力为:fm=
联立上两式得:v==
=5m/s
故答案为:5.
宇宙飞船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右图13所示的装置(图中O为光滑的小孔)来间接测量物体的质量:给待测量物体一个初速度,使它在桌面上做匀速圆周运动.设航天器中备有必要的基本测量工具.
(1)物体与桌面间的摩擦力______忽略不计(选填“可以”或“不能”),原因是______;
(2)物体做匀速圆周运动的向心力数值上等于______(选填“A.弹簧秤的拉力”或“B.物体的重力”,选填字母“A”或“B”)
(3)实验时需要测量的物理量是:圆周运动的周期T、弹簧秤示数F、______;(写出被测物理量的名称和字母)
(4)待测质量的表达式为m=______.
正确答案
解:(1)因为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,所以物体与桌面间的摩擦力为零;
(2)物体做匀速圆周运动的向心力由弹簧的拉力提供.
(3)、(4)根据牛顿第二定律有:F=m,得:m=
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.
故答案为:(1)可以.物体处于完全失重状态,对支持面没有压力,摩擦力为零.(2)A.(3)圆周运动半经r.(4).
解析
解:(1)因为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,所以物体与桌面间的摩擦力为零;
(2)物体做匀速圆周运动的向心力由弹簧的拉力提供.
(3)、(4)根据牛顿第二定律有:F=m,得:m=
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.
故答案为:(1)可以.物体处于完全失重状态,对支持面没有压力,摩擦力为零.(2)A.(3)圆周运动半经r.(4).
一辆汽车匀速率通过一段凸凹不平的路面,分别通过A、B、C三个位置时( )
正确答案
解析
解:在C点,根据牛顿第二定律得,,则NC<mg,
在B点,根据平衡有:NB=mg,
在A点,根据牛顿第二定律得,,则NA>mg.
根据牛顿第三定律知,支持力等于压力,则A位置汽车对路面的压力最大,C位置对路面的压力最小,故A正确,B、C、D错误.
故选:A.
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