- 向心力
- 共7577题
一辆汽车以V的速率通过一座拱桥的桥顶,汽车的质量为m,汽车对桥面的压力等于车重的一半,重力加速度为g,求:
(1)这座拱桥的半径是多大?
(2)若要使汽车过桥顶时对桥面无压力,则汽车过桥顶的速度V1大小至少是多大?
正确答案
解:(1)根据牛顿第二定律得:mg-FN=,
解得:R=.
(2)根据牛顿第二定律得:mg=
解得:.
答:(1)这座拱桥的半径为;
(2)汽车过桥顶的速度V1大小至少是.
解析
解:(1)根据牛顿第二定律得:mg-FN=,
解得:R=.
(2)根据牛顿第二定律得:mg=
解得:.
答:(1)这座拱桥的半径为;
(2)汽车过桥顶的速度V1大小至少是.
如图所示,上下两个转盘可绕穿过它们中心的竖直轴水平转动,且两盘角速度相同,其中上盘的半径为d.一根不计重力的轻绳两端分别系有 A、B 两物体,质量分别为 2m和m.将轻绳跨过固定在上转盘边缘的光滑挂钩,挂钩与B 物体间的一段绳子长为L.当 两个 转盘以角速度ω匀速转动时,两段轻绳与转轴在同一竖直平面内,一段轻绳与竖直方向的夹角为θ,另一段轻绳 始终沿竖直方向. (g=10m/s2,sin53°=
,cos53°=
)
(1)求转盘转动的角速度ω与夹角θ的关系?
(2)当转盘的角速度缓慢增加的过程中,夹角θ如何变化?A物体受到的摩擦力如何变化?试分析.
(3)已知B物体端的绳长L=4.5m,上盘半径d=0.4m.当角速度增加到某一数值时,B物体端的轻绳与竖直方向的夹角为53°,此时A物体恰好开始滑动,求A物体与下盘之间的动摩擦因数µ?(最大静摩擦力等于滑动摩擦力)
正确答案
解:(1)以B物为研究对象,由重力和轻绳的拉力的合力提供向心其向心力,受力如图,根据牛顿第二定律得:
2mgtanθ=2mω2(d+Lsinθ)
解得:ω=
(2)由上式知当转盘的角速度缓慢增加的过程中,夹角θ增大.
对于A物:由牛顿第二定律得:f=2mω2d,可知f随着ω的增大而增大.
(3)据题:轻绳与竖直方向的夹角为53°时A物体恰好开始滑动,则由ω=得:
ω==
rad/s
对于A物,有:
μ•2mg=2mω2d
则得:μ==
≈0.13
答:(1)转盘转动的角速度ω与夹角θ的关系为ω=.
(2)当转盘的角速度缓慢增加的过程中,夹角θ增大,A物体受到的摩擦力增大.
(3)A物体与下盘之间的动摩擦因数µ为0.13.
解析
解:(1)以B物为研究对象,由重力和轻绳的拉力的合力提供向心其向心力,受力如图,根据牛顿第二定律得:
2mgtanθ=2mω2(d+Lsinθ)
解得:ω=
(2)由上式知当转盘的角速度缓慢增加的过程中,夹角θ增大.
对于A物:由牛顿第二定律得:f=2mω2d,可知f随着ω的增大而增大.
(3)据题:轻绳与竖直方向的夹角为53°时A物体恰好开始滑动,则由ω=得:
ω==
rad/s
对于A物,有:
μ•2mg=2mω2d
则得:μ==
≈0.13
答:(1)转盘转动的角速度ω与夹角θ的关系为ω=.
(2)当转盘的角速度缓慢增加的过程中,夹角θ增大,A物体受到的摩擦力增大.
(3)A物体与下盘之间的动摩擦因数µ为0.13.
(2016•惠安县校级模拟)半径为R的圆桶固定在小车上,有一光滑小球静止在圆桶的最低点,如图所示.小车以速度v向右匀速运动.当小车遇到障碍物突然停止,小球在圆桶中上升的高度不可能为( )
正确答案
解析
解:小球和车有共同的速度,当小车遇到障碍物突然停止后,小球由于惯性会继续运动,
小球冲上圆弧槽,则有两种可能,一是速度较小,滑到某处小球速度为0,
根据机械能守恒此时有mV2=mgh,解得h=
,
另一可能是速度较大,小球滑出弧面做斜抛,到最高点还有水平速度,则此时小球所能达到的最大高度要小于.
题目要求选不可能的,故选:C.
在某星球表面,宇航员做了如下实验,实验装置如图甲所示.竖直平面内的光滑轨道由轨道AB和圆弧轨道BC组成,将质量m=0.2kg的小球,从轨道AB上高H处的某点由静止滑下,用力传感器测出小球经过C点时对轨道的压力F,改变H的大小,可测出相应的F大小,F随H的变化关系如图乙所示.求:圆轨道的半径及星球表面的重力加速度.
正确答案
解:小球过C点时满足F+mg=m
又根据mg(H-2r)=mvC2
联立解得F=H-5mg
由题图可知:H1=0.5 m时F1=0;H2=1.0 m时F2=5 N;
可解得g=5 m/s2
r=0.2 m
答:圆轨道的半径为0.2m,星球表面的重力加速度为5 m/s2.
解析
解:小球过C点时满足F+mg=m
又根据mg(H-2r)=mvC2
联立解得F=H-5mg
由题图可知:H1=0.5 m时F1=0;H2=1.0 m时F2=5 N;
可解得g=5 m/s2
r=0.2 m
答:圆轨道的半径为0.2m,星球表面的重力加速度为5 m/s2.
(2016春•冀州市校级月考)在匀速圆周运动中,下列物理量变化的是( )
正确答案
解析
解:在匀速圆周运动中,速度的大小不变,速度的方向始终指向圆心,所以速度的方向时刻发生变化,即线速度发生变化;向心力的方向始终指向圆心,虽然其大小不变,但方向时刻变化,所以向心力也是变化的;周期是运动一周的时间,因线速度的大小及半径不变,所以周期不变,角速度是转过的角度与所用时间的比值,由ω=可知,角速度不变.选项AC正确,BD错误.
故选:AC
根据公式F向=m
和F向=mrω2,某同学设计了一个实验来感受向心力.如图甲所示,用一根细绳(可视为轻绳)一端拴一个小物体,绳上离小物体40cm处标为点A,80cm处标为点B.将此装置放在光滑水平桌面上(如图乙所示)抡动细绳,使小物体做匀速圆周运动,请另一位同学帮助用秒表计时.
操作一:手握A点,使小物体在光滑水平桌面上每秒运动一周,体会此时绳子拉力的大小F1.
操作二:手握B点,使小物体在光滑水平桌面上每秒运动一周,体会此时绳子拉力的大小F2.
操作三:手握B点,使小物体在光滑水平桌面上每秒运动两周,体会此时绳子拉力的大小F3.
(1)小物体做匀速圆周运动的向心力由______提供;
(2)操作二与操作一相比,是为了控制小物体运动的______相同;
(3)如果在上述操作中突然松手,小物体将做______运动.
正确答案
解:(1)小物体做匀速圆周运动时,竖直方向受到重力与支持力,二力平衡,向心力由绳子拉力提供.
(2)操作二与操作一相比,是为了控制小物体运动的周期(或角速度、转速)相同.
(3)在上述操作中突然松手,绳子的拉力突然消失,小物体将做匀速直线运动.
故答案为:(1)绳子拉力.(2)周期(或角速度、转速).(3)匀速直线.
解析
解:(1)小物体做匀速圆周运动时,竖直方向受到重力与支持力,二力平衡,向心力由绳子拉力提供.
(2)操作二与操作一相比,是为了控制小物体运动的周期(或角速度、转速)相同.
(3)在上述操作中突然松手,绳子的拉力突然消失,小物体将做匀速直线运动.
故答案为:(1)绳子拉力.(2)周期(或角速度、转速).(3)匀速直线.
一辆5吨的汽车以10m/s的速度绕一个弯道,所受的向心力为50000N,求该弯道的半径?
正确答案
解:根据向心力公式Fn=m,有:
R==
=10m;
答:该弯道的半径为10m.
解析
解:根据向心力公式Fn=m,有:
R==
=10m;
答:该弯道的半径为10m.
小明同学在学习中勤于思考,并且善于动手,在学习了圆周运动知识后,他自制了一个玩具,如图所示,用长为r的细杆粘住一个质量为m的小球,使之绕另一端O在竖直平面内做圆周运动,小球运动到最高点时的速度v=
,在这点时小球对细杆的力大小为______,方向为______.
正确答案
向下
解析
解:根据牛顿第二定律得:mg+F=m
代入解得:F=-mg
知细杆对小球表现为支持力,所以小球对细杆表现为压力,大小为mg,向下;
故答案为:,向下.
在一段半径为R=20m的圆弧形水平弯道上,已知弯道路面对汽车轮胎的最大静摩擦力等于车重的0.5倍,求汽车拐弯时的最大速度是多少?
正确答案
解:汽车拐弯时靠静摩擦力提供向心力,当静摩擦力达到最大时速度最大.由牛顿第二定律得:
0.5mg=m
则得 vm==
=10m/s
答:汽车拐弯时的最大速度是10m/s.
解析
解:汽车拐弯时靠静摩擦力提供向心力,当静摩擦力达到最大时速度最大.由牛顿第二定律得:
0.5mg=m
则得 vm==
=10m/s
答:汽车拐弯时的最大速度是10m/s.
在如图所示的圆锥摆中,小球的质量为m,已知绳子长度为L,绳子转动过程中与竖直方向的夹角为θ,试求
(1)小球的向心力
(2)绳对小球的拉力
(3)小球做圆周运动的周期.
正确答案
解:(1)向心力为拉力和重力的合力提供,有:
F向=F合=mgtanθ
(2)根据几何关系可知,绳子的拉力T=
(3)根据mgtanθ=,根据几何关系得:r=Lsinθ,
解得:T=
答:(1)小球的向心力为mgtanθ;
(2)绳对小球的拉力为;
(3)小球做圆周运动的周期为.
解析
解:(1)向心力为拉力和重力的合力提供,有:
F向=F合=mgtanθ
(2)根据几何关系可知,绳子的拉力T=
(3)根据mgtanθ=,根据几何关系得:r=Lsinθ,
解得:T=
答:(1)小球的向心力为mgtanθ;
(2)绳对小球的拉力为;
(3)小球做圆周运动的周期为.
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