- 向心力
- 共7577题
物体做圆周运动时,所需的向心力F需由运动情况决定,提供的向心力F供由受力情况决定.若某时刻F需=F供,则物体能做圆周运动;若F需>F供,物体将做离心运动;若F需<F供,物体将做向心运动.现有一根长L=1m的不计伸长的轻绳,其一端固定于O点,另一端系着质量m=0.5kg的小球(可视为质点),将小球提至正上方的A 点处,此时绳刚好伸直且无张力,如图所示.不计空气阻力,g取10m/s2,则:
(1)为使小球能在竖直面内做完整的圆周运动,在A点至少应施加给小球多大的水平速度?
(2)若将小球以速度v1=5m/s水平抛出的瞬间,绳中的张力为多大?
(3)若将小球以速度v2=3m/s水平抛出的瞬间,绳中若有张力,求其大小?若无张力,试求从抛出小球到绳子再次伸直时所经历的时间?
正确答案
解:(1)在最高点,当重力提供向心力时,速度最小,则有:
解得:m/s
(2)因为v1>v0,故绳中有张力
根据牛顿第二定律,有:
代入数据解得,绳中张力为:T==7.5N
(3)因为v2<v0,故绳中无张力,小球将做平抛运动
如图:L2=(y-L)2+x2
x=v2t
…
解得:=
=0.2s
答:(1)为使小球能在竖直面内做完整的圆周运动,在A点至少应施加给小球多大的水平速度为;
(2)若将小球以速度v1=5m/s水平抛出的瞬间,绳中的张力为7.5N;
(3)若将小球以速度v2=3m/s水平抛出的瞬间,绳中无张力,从抛出小球到绳子再次伸直时所经历的时间为0.2s.
解析
解:(1)在最高点,当重力提供向心力时,速度最小,则有:
解得:m/s
(2)因为v1>v0,故绳中有张力
根据牛顿第二定律,有:
代入数据解得,绳中张力为:T==7.5N
(3)因为v2<v0,故绳中无张力,小球将做平抛运动
如图:L2=(y-L)2+x2
x=v2t
…
解得:=
=0.2s
答:(1)为使小球能在竖直面内做完整的圆周运动,在A点至少应施加给小球多大的水平速度为;
(2)若将小球以速度v1=5m/s水平抛出的瞬间,绳中的张力为7.5N;
(3)若将小球以速度v2=3m/s水平抛出的瞬间,绳中无张力,从抛出小球到绳子再次伸直时所经历的时间为0.2s.
一个质量为m的小球,系在一根长度为1米的轻绳一端.将绳拉至水平位置后释放,求小球摆至最低点时速度为多少.
正确答案
解:根据动能定理得,mgL=得,
v=.
答:小球摆至最低点的速度大小为.
解析
解:根据动能定理得,mgL=得,
v=.
答:小球摆至最低点的速度大小为.
轻绳一端固定在光滑水平轴O上,另一端系一质量为m的小球,在最低点给小球一初速度,使其在竖直平面内做圆周运动,且刚好能通过最高点P.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、在最高点小球可能受重力和绳的拉力作用,合外力提供圆周运动向心力有:知,速度越大绳的拉力越大,速度越小绳的增力越小,绳的拉力有最小值0,故速度有最小值
,因为小球恰好能通过最高点,故在最高点时的速度为
,此时绳的拉力为0,故A正确;
B、由A分析知B错误;
C、小球在竖直面你圆周运动时只有重力做功,满足机械能守恒,故增加小球在最低点的初速度,则小球通过最高点时的速度也随之增加,根据最高点时有,小球速度增加则绳中拉力同时增加,故C正确;
D、小球在最低点时合外力提供圆周运动向心力有增加最低点速度v时小球所受绳的拉力增加,故D正确.
故选:ACD
甲、乙两球分别以半径R1、R2做匀速圆周运动,两球质量M甲=2M乙,圆半径R甲=,甲球每分钟转30周,乙球每分钟转20周,则甲、乙两球所受向心力大小之比为( )
正确答案
解析
解:甲球每分钟转30周,乙球每分钟转20周,根据ω=,其角速度之比为3:2;
两球质量M甲=2M乙,圆半径R甲=R乙,根据Fn=mω2r,甲、乙两球所受向心力大小之比为:
=
=
=
;
故选B.
长l=0.5m,质量可忽略的细杆,一端连有一个质量m=1kg的小球,另一端可绕O点无摩擦转动,如图,小球通过最高点时的速度为v,(g=1Om/s2)求:
(1)若小球通过最高点时小球对杆没有作用力,v=?
(2)当v=2m/s时,杆对小球的作用力多大?作用力的方向?
(3)当v=3m/s时,杆对小球的作用力多大?作用力的方向?
正确答案
解:(1)若小球通过最高点时小球对杆没有作用力,重力提供向心力,故:
解得:
v=
(2)小球受到的重力为:G=mg=1×10N=10N;
当v=2m/s时,此时需要的向心力为:F向1=m=1×
=8N
根据合力提供向心力得:mg-FN1=F向1
所以有:FN1=mg-F向1=10N-8N=2N,方向向上,
根据牛顿第三定律,杆受到的力竖直向下,大小为2N.
(3)当v=3m/s时,此时需要的向心力为:F向2=m=1×
=18N
根据合力提供向心力为:mg+FN2=F向2
所以有:FN2=F向2-mg=18N-10N=8N,方向向下,
根据牛顿第三定律,杆受到的力竖直向上,大小为8N.
答:(1)若小球通过最高点时小球对杆没有作用力,v=m/s;
(2)当v=2m/s时,杆对小球的作用力为2N,作用力的方向向上;
(3)当v=3m/s时,杆对小球的作用力为8N,作用力的方向向下.
解析
解:(1)若小球通过最高点时小球对杆没有作用力,重力提供向心力,故:
解得:
v=
(2)小球受到的重力为:G=mg=1×10N=10N;
当v=2m/s时,此时需要的向心力为:F向1=m=1×
=8N
根据合力提供向心力得:mg-FN1=F向1
所以有:FN1=mg-F向1=10N-8N=2N,方向向上,
根据牛顿第三定律,杆受到的力竖直向下,大小为2N.
(3)当v=3m/s时,此时需要的向心力为:F向2=m=1×
=18N
根据合力提供向心力为:mg+FN2=F向2
所以有:FN2=F向2-mg=18N-10N=8N,方向向下,
根据牛顿第三定律,杆受到的力竖直向上,大小为8N.
答:(1)若小球通过最高点时小球对杆没有作用力,v=m/s;
(2)当v=2m/s时,杆对小球的作用力为2N,作用力的方向向上;
(3)当v=3m/s时,杆对小球的作用力为8N,作用力的方向向下.
一辆载重汽车的质量为4m,通过半径为R的拱形桥,若桥顶能承受的最大压力为F=3mg,为了安全行驶,汽车应以多大速度通过桥顶?
正确答案
解:设汽车速度为v1时刚好不脱离桥顶,汽车速度为v2时,桥顶刚好承受压力为:N=3mg
则有:4mg=4m,
解得:v1=
当支持力F=3mg时,速度最小,根据牛顿第二定律得
4mg-F=4m
得v2=
所以安全行驶的速度范围为:≤v<
答:为了安全行驶,汽车过拱形桥的速度应该在≤v<
范围内.
解析
解:设汽车速度为v1时刚好不脱离桥顶,汽车速度为v2时,桥顶刚好承受压力为:N=3mg
则有:4mg=4m,
解得:v1=
当支持力F=3mg时,速度最小,根据牛顿第二定律得
4mg-F=4m
得v2=
所以安全行驶的速度范围为:≤v<
答:为了安全行驶,汽车过拱形桥的速度应该在≤v<
范围内.
如图所示,长度为L=1.0m的绳,系一小球在竖直面内做圆周运动,小球的质量为m=5kg,小球半径不计,小球通过最低点时的速度大小为v=20m/s.(g取10m/s2)
试求:(1)小球在最低点所受绳的拉力
(2)小球在最低点的向心加速度.
正确答案
解:(1)小球在最低点时,由牛顿第二定律得:
T-mg=m
得小球在最低点所受绳的拉力:T=m(g+)=5×(10+
)N=2050N
(2)小球在最低的向心加速度为 a==
m/s2=400m/s2
答:
(1)小球在最低点所受绳的拉力是2050N.
(2)小球在最低的向心加速度是400m/s2.
解析
解:(1)小球在最低点时,由牛顿第二定律得:
T-mg=m
得小球在最低点所受绳的拉力:T=m(g+)=5×(10+
)N=2050N
(2)小球在最低的向心加速度为 a==
m/s2=400m/s2
答:
(1)小球在最低点所受绳的拉力是2050N.
(2)小球在最低的向心加速度是400m/s2.
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设计了如图所示装置(图中O为光滑的小孔)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的测量工具.
(1)物体与桌面间没有摩擦力,原因是______;
(2)实验时需要测量的物理量有:弹簧秤的示数F、待测物体做N次匀速圆周运动所用的时间t、运动的轨道半径R,则待测物体质量的表达式为m=______.
正确答案
解:
(1)因为国际空间站绕地球做匀速圆周运动时处于完全失重状态,所以物体对支持面没有压力,所以物体与桌面间没有摩擦力;
(2)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:
F=mR
又T=
联立解得:m=.
故答案为:
(1)物体处于完全失重状态,物体对支持面无压力.
(2).
解析
解:
(1)因为国际空间站绕地球做匀速圆周运动时处于完全失重状态,所以物体对支持面没有压力,所以物体与桌面间没有摩擦力;
(2)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:
F=mR
又T=
联立解得:m=.
故答案为:
(1)物体处于完全失重状态,物体对支持面无压力.
(2).
如图是滑道压力测试的示意图,光滑圆弧轨道与光滑斜面相切,滑道底部B处安装一个压力传感器,其示数N表示该处所受压力的大小,某滑块从斜面上不同高度h处由静止下滑,通过B点时,下列表述正确的有( )
正确答案
解析
解:在B点,根据牛顿第二定律有:N-mg=m,则得N=mg+m
,则知支持力大于重力,则压力大于重力.
根据动能定理得,mgh=.代入解得N=mg+
,知N越大,表明h越大.故C正确,A、B、D错误.
故选:C.
如图所示有一质量为m的小球在光滑的半球形碗内做匀速圆周运动,轨道平面在水平面内,已知小球与半球形碗的球心O的连线跟竖直方向的夹角为θ,半球形碗的半径为R,已知重力加速度为g,求:
(1)小球做匀速圆周运动的速度
(2)及碗壁对小球的弹力.
正确答案
解:(1)根据受力分析和向心力公式可得:mgtanθ=m
小球做匀速圆周运动的轨道半径为:r=Rsinθ
解得:v=
(2)根据几何关系得:cosθ=
解得:N=
答:(1)小球做匀速圆周运动的速度为.(2)及碗壁对小球的弹力为
.
解析
解:(1)根据受力分析和向心力公式可得:mgtanθ=m
小球做匀速圆周运动的轨道半径为:r=Rsinθ
解得:v=
(2)根据几何关系得:cosθ=
解得:N=
答:(1)小球做匀速圆周运动的速度为.(2)及碗壁对小球的弹力为
.
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