- 向心力
- 共7577题
(2016春•河南校级月考)如图所示,甲、乙两水平圆盘紧靠在一块,甲圆盘为主动轮,乙靠摩擦随甲转动无滑动.甲圆盘与乙圆盘的半径之比为r甲:r乙=3:1,两圆盘和小物体m1、m2之间的动摩擦因数相同,m1距O点为2r,m2距O′点为r,当甲缓慢转动起来且转速慢慢增加时( )
正确答案
解析
解:A、甲、乙两轮子边缘上的各点线速度大小相等,有:ω1•3r=ω2•r,则得ω甲:ω乙=1:3,所以物块相对盘开始滑动前,m1与m2的角速度之比为1:3.故A错误.
B、物块相对盘开始滑动前,根据a=ω2r得:m1与m2的向心加速度之比为 a1:a2=ω12•2r:ω22r=2:9,故B错误.
C、D、根据μmg=mrω2知,临界角速度,可知甲乙的临界角速度之比为
,甲乙线速度相等,甲乙的角速度之比为ω甲:ω乙=1:3,可知当转速增加时,m2先达到临界角速度,所以m2先开始滑动.故D正确,C错误.
故选:D
如图所示,轻绳一端系着小球在竖直平面内做圆周运动,过最低点Q时速度为v0,已知绳长为l,重力加速度为g,则( )
正确答案
解析
解:A、小球在最低点时.重力与拉力的合力提供向心力,所以小球受到的拉力一定大于重力,故小球处于超重状态.故A错误;
B、由于细绳不能支撑小球,所以小球运动到最高点P时,瞬时速度不可能,由mg=m,得最高点最小速度为 v=
,故B错误.
C、设小球在最高点的速度为v1,最低点的速度为v2;由动能定理得:
mg(2l)=m
-
m
…①
球经过最高点P:mg+F1=
…②
球经过最低点Q时,受重力和绳子的拉力,如图
根据牛顿第二定律得到,F2-mg=m…③
联立①②③解得:F2-F1=6mg,与小球的速度v0无关.故C错误;
D、设小球恰好运动到与圆心等高位置时在最高点的速度为v,则
由机械能守恒得 mgl=,v=
则v0<,小球上升的最高点尚不到与圆心等高位置,所以细绳始终处于绷紧状态.故D正确.
故选:D.
如图所示,在男女双人花样滑冰运动中,男运动员以自己为转动轴拉着女运动员作匀速圆周运动,若男运动员的转动周期为2s,女运动员触地冰鞋的线速度为6.28m/s,求:
(1)女运动员作圆周运动的角速度
(2)女运动员触地冰鞋作圆周运动的半径.
正确答案
解:(1)已知转动周期为 T=2s,则女运动员的角速度为ω==
=π rad/s
(2)女运动员触地冰鞋的线速度为 v=6.28m/s,
因为线速度 v=ωr
解得:r==
m=2m
答:
(1)女运动员做圆周运动的角速度为πrad/s;
(2)触地冰鞋做圆周运动的半径为2m.
解析
解:(1)已知转动周期为 T=2s,则女运动员的角速度为ω==
=π rad/s
(2)女运动员触地冰鞋的线速度为 v=6.28m/s,
因为线速度 v=ωr
解得:r==
m=2m
答:
(1)女运动员做圆周运动的角速度为πrad/s;
(2)触地冰鞋做圆周运动的半径为2m.
一位链球运动员在水平面内旋转质量为m=4kg的链球,链球做匀速圆周运动且周期T=1s,转动半径为r=2.0m.求:
(1)链球的线速度大小;
(2)链球做圆周运动需要的向心力.
正确答案
解:(1)链球的角速度为:
ω==2πrad/s,
故线速度:
v=rω=4πm/s=12.56m/s
(2)根据向心力公式为:
F=mω2r
得:F=4×(2π)2×2=295.8N
答:(1)链球的线速度为12.56m/s;
(2)链球做圆周运动需要的向心力为295.8N.
解析
解:(1)链球的角速度为:
ω==2πrad/s,
故线速度:
v=rω=4πm/s=12.56m/s
(2)根据向心力公式为:
F=mω2r
得:F=4×(2π)2×2=295.8N
答:(1)链球的线速度为12.56m/s;
(2)链球做圆周运动需要的向心力为295.8N.
(2015秋•南京校级期末)如图所示,小球A质量为m.固定在长为L的轻细直杆一端,并随杆一起绕杆的另一端O点在竖直平面内做圆周运动.如果小球经过最高位置时,杆对球的作用力为拉力,拉力大小等于球的重力.求
(1)球在最高点时的速度大小.
(2)当小球经过最低点时速度为,杆对球的作用力的大小和球的向心加速度大小.
正确答案
解:(1)根据小球做圆运动的条件,合外力等于向心力.
mg+F= ①
F=mg ②
解①②两式得:v=
(2)根据小球做圆运动的条件,合外力等于向心力.
F-mg=
所以F=mg+=7mg
球的向心加速度
a==6g
答:(1)球在最高位置时的速度大小为;
(2)当小球经过最低点时速度为,杆对球的作用力为7mg,球的向心加速度为6g.
解析
解:(1)根据小球做圆运动的条件,合外力等于向心力.
mg+F= ①
F=mg ②
解①②两式得:v=
(2)根据小球做圆运动的条件,合外力等于向心力.
F-mg=
所以F=mg+=7mg
球的向心加速度
a==6g
答:(1)球在最高位置时的速度大小为;
(2)当小球经过最低点时速度为,杆对球的作用力为7mg,球的向心加速度为6g.
汽车以速度v在水平地面上转弯时,与地面的摩擦力达到最大,若汽车速率为原来的2倍且不发生侧移,则其转弯半径应( )
正确答案
解析
解:在水平面上做匀速圆周运动的物体所需的向心力是有摩擦力提供,根据汽车以某一速率在水平地面上匀速率转弯时,地面对车的侧向摩擦力正好达到最大,可以判断此时的摩擦力等于滑动摩擦力的大小,根据牛顿第二定律得:μmg=m
当速度增大两倍时,地面所提供的摩擦力不能增大,所以此时只能增加轨道半径来减小汽车做圆周运动所需的向心力.
根据牛顿第二定律得:μmg=m由两式解得:r=4R
故选:D
(2014春•安源区校级月考)一质量为m的物体在竖直平面内沿半径为r的半圆轨道运动(图),经过最低点D时的速度为v,已知轨道与物体间的动摩擦因数μ,则当物体经过D点时( )
正确答案
解析
解:物块滑到轨道最低点时,由重力和轨道的支持力提供物块的向心力,由牛顿第二定律得
FN-mg=m
得到FN=m(g+)
根据牛顿第三定律知物体对轨道的压力大小 FN′=FN=m(g+)
向心加速度为 a=,向心力为 F=ma=m
则当小物块滑到最低点时受到的摩擦力为f=μFN=μm(g+)
故选:BD
有一辆质量为1.2t的小汽车驶上半径为50m的圆弧形拱桥.问:
(1)汽车到达桥顶的速度为10m/s时对桥的压力是多大?
(2)汽车以多大的速度经过桥顶时恰好对桥没有压力作用而腾空?
(3)设想拱桥的半径增大到与地球半径一样,那么汽车要在这样的桥面上腾空,速度要多大?(重力加速度g取10m/s2,地球半径R取6.4×103km)
正确答案
解:汽车对桥顶的压力大小等于桥顶对汽车的支持力N,汽车过桥时做圆周运动,重力和支持力的合力提供向心力,即F=G-N;
根据向心力公式:F=
有N=G-F=mg-=9600N
(2)汽车经过桥顶恰好对桥没有压力,则N=0,即汽车做圆周运动的向心力完全由其自身重力来提供,所以有:
F=G=
解得;v=m/s
(3)压力正好为零,则F=G=
解得:v==8×103m/s
答:(1)汽车到达桥顶的速度为10m/s时对桥的压力是9600N;
(2)汽车以m/s的速度经过桥顶时恰好对桥没有压力作用而腾空?
(3)设想拱桥的半径增大到与地球半径一样,那么汽车要在这样的桥面上腾空,速度为8×103m/s
解析
解:汽车对桥顶的压力大小等于桥顶对汽车的支持力N,汽车过桥时做圆周运动,重力和支持力的合力提供向心力,即F=G-N;
根据向心力公式:F=
有N=G-F=mg-=9600N
(2)汽车经过桥顶恰好对桥没有压力,则N=0,即汽车做圆周运动的向心力完全由其自身重力来提供,所以有:
F=G=
解得;v=m/s
(3)压力正好为零,则F=G=
解得:v==8×103m/s
答:(1)汽车到达桥顶的速度为10m/s时对桥的压力是9600N;
(2)汽车以m/s的速度经过桥顶时恰好对桥没有压力作用而腾空?
(3)设想拱桥的半径增大到与地球半径一样,那么汽车要在这样的桥面上腾空,速度为8×103m/s
如图,有一光滑的半径可变的
圆弧轨道处于竖直平面内,圆心O点离地高度为H.现调节轨道半径,让一可视为质点的小球a从与O点等高的轨道最高点由静止沿轨道下落,使小球离开轨道后运动的水平位移s 最大,则小球脱离轨道最低点时的速度大小应为多少?
正确答案
解:设圆形轨道的半径为r,则小球做平抛运动的高度为H-r,
小球从最高点运动到轨道最低点的过程中,运用动能定理得:
mgr=mv2
解得:
v=
小球从轨道最低点抛出后做平抛运动,则有:
t=
水平位移:
S=vt==
当H-r=r时,S取最大值,即:
r=
所以:
v==
答:使小球离开轨道后运动的水平位移s 最大,则小球脱离轨道最低点时的速度大小应为.
解析
解:设圆形轨道的半径为r,则小球做平抛运动的高度为H-r,
小球从最高点运动到轨道最低点的过程中,运用动能定理得:
mgr=mv2
解得:
v=
小球从轨道最低点抛出后做平抛运动,则有:
t=
水平位移:
S=vt==
当H-r=r时,S取最大值,即:
r=
所以:
v==
答:使小球离开轨道后运动的水平位移s 最大,则小球脱离轨道最低点时的速度大小应为.
如图所示,一个内壁光滑的圆锥筒的轴线垂直于水平面,圆锥筒固定不动,有两个质量相同的小球A和B紧贴着内壁分别在图中所示的水平面内做匀速圆周运动,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、对小球受力分析,小球受到重力和支持力,它们的合力提供向心力,如图
根据牛顿第二定律,有:
F=mgtanθ=m
解得:v=.
由于A球的转动半径较大,A线速度较大.故A正确.
B、ω=,由于A球的转动半径较大,则A的角速度较小.故B错误.
C、周期T==2π
,因为A的半径较大,则周期较大.故C错误.
D、由上分析可知,筒对小球的支持力N=,与轨道半径无关,则由牛顿第三定律得知,小球对筒的压力也与半径无关,即有球A对筒壁的压力等于球B对筒壁的压力.故D错误.
故选:A.
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