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题型:简答题
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简答题

物体做圆周运动时,所需的向心力F由运动情况决定,提供的向心力F由受力情况决定.若某时刻F=F,则物体能做圆周运动;若F>F,物体将做离心运动;若F<F,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.

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题型:简答题
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简答题

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

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题型: 多选题
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多选题

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(  )

A小球在最高点时对绳的拉力为零

B小球在最高点时对绳的拉力大小为mg

C若增大小球的初速度,则过最高点时球对绳的力一定增大

D若增大小球的初速度,则在最低点时球对绳的力一定增大

正确答案

A,C,D

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

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题型: 单选题
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单选题

甲、乙两球分别以半径R1、R2做匀速圆周运动,两球质量M=2M,圆半径R=,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(  )

A2:3

B3:2

C3:1

D3:4

正确答案

B

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=2M,圆半径R=R,根据Fn=mω2r,甲、乙两球所受向心力大小之比为:

===

故选B.

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题型:简答题
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简答题

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.

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题型:简答题
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简答题

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.

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题型:简答题
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简答题

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

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题型:简答题
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简答题

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)

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题型: 单选题
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单选题

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(  )

AN小于滑块重力

BN越大表明h越小

CN越大表明h越大

DN大小与重力无关

正确答案

C

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.

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题型:简答题
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简答题

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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