- 向心力
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绳子的一端拴着一重物,以手握住绳子另一端,使重物在水平面内做匀速圆周运动,下列判断中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、每秒转数相同时,则小球的角速度一定,根据F=mrω2知,绳子越长,拉力越大,则越容易断.故A正确.
B、线速度相等时,根据知,绳越短,拉力越大,则越容易断.故B正确,D错误.
C、旋转的周期相同,则角速度相同,根据F=mrω2知,绳子越短,拉力越小,越不容易断.故C错误.
故选:AB.
长L=0.5m、质量可忽略的杆,其一端固定于O点,另一端连有质量m=2kg的小球,它绕O点在竖直平面内做圆周运动.当通过最高点时,如图所示,求下列情况下,杆受到的力(计算出大小,并说明是拉力还是压力,g取10m/s2):
(1)当v=1m/s时,杆受到的力多大,是什么力?
(2)当v=4m/s时,杆受到的力多大,是什么力?
正确答案
解:对小球受力分析,假设杆子对小球的作用力方向竖直向上大小为F:
根据牛顿第二定律:mg-F=
(1)当v=1m/s时,解得:F=mg-=16N
故杆子对小球的作用力大小为16N,方向向上.
根据牛顿第三定律小球对杆子的作用力为向下的压力,大小为16N.
(2)当v=4m/s时,解得:F=mg-=-44N,负号表示力F的方向与题目假设的方向相反,
故杆子对小球的作用力大小为44N,方向向下.
根据牛顿第三定律小球对杆子的作用力为向上的拉力,大小为44N.
答:(1)当v=1m/s时,杆受到的力大小为16N,方向向下,是压力.
(2)当v=4m/s时,杆受到的力大小为44N,方向向上,是拉力.
解析
解:对小球受力分析,假设杆子对小球的作用力方向竖直向上大小为F:
根据牛顿第二定律:mg-F=
(1)当v=1m/s时,解得:F=mg-=16N
故杆子对小球的作用力大小为16N,方向向上.
根据牛顿第三定律小球对杆子的作用力为向下的压力,大小为16N.
(2)当v=4m/s时,解得:F=mg-=-44N,负号表示力F的方向与题目假设的方向相反,
故杆子对小球的作用力大小为44N,方向向下.
根据牛顿第三定律小球对杆子的作用力为向上的拉力,大小为44N.
答:(1)当v=1m/s时,杆受到的力大小为16N,方向向下,是压力.
(2)当v=4m/s时,杆受到的力大小为44N,方向向上,是拉力.
如图所示,汽车以
m/s的速度通过凸形桥最高点时,对桥的压力是车重的一半,则圆弧形桥面的半径为______m;当车速为______m/s时,车对桥面最高点的压力恰好为零.(g=10m/s2)
正确答案
160
40
解析
解:汽车在桥顶,靠竖直方向上的合力提供向心力,
根据牛顿第二定律得
mg-N=m,
又:N=mg
联立两式代入数据解得R=160m.
当压力为零时,靠重力提供向心力,则有:
mg=m,
解得v=40m/s.
故答案为:160; 40
中国高铁的技术代表当今世界最先进的技术,最高时速可达500km/h.假设有一高速列车在水平面内行驶,以360km/h的速度拐弯,拐弯的半径为1km,则质量为50kg的乘客在拐弯过程中所受到的火车给他的作用力的大小为(g取10m/s2)( )
正确答案
解析
解:乘客随着火车做匀速圆周运动,受重力、弹力,根据牛顿第二定律,有:
Ny=mg=50×10=500N ①
Nx=m=50×
=500N ②
故火车给乘客的作用力的大小为:
N=
故选:C.
如图,质量M=800kg的汽车通过圆形拱形桥时的速率恒定,拱形桥的半径R=10m.(重力加速度g=10m/s2)试求:
(1)汽车在最高点对拱形桥的压力为车重的四分之三时,汽车的速率;
(2)汽车在最高点对拱形桥的压力为零时,汽车的速率.
正确答案
解:(1)由题意可知,汽车在最高点受到的支持力为:,
则根据合力提供圆周运动向心力有:
解得:v==
=5m/s
(2)汽车在最高点对拱形桥的压力为零时,只受重力作用,则合力提供圆周运动向心力:
:
解得:v==
=10m/s
答:(1)汽车在最高点对拱形桥的压力为车重的四分之三时,汽车的速率为5m/s;
(2)汽车在最高点对拱形桥的压力为零时,汽车的速率为10m/s.
解析
解:(1)由题意可知,汽车在最高点受到的支持力为:,
则根据合力提供圆周运动向心力有:
解得:v==
=5m/s
(2)汽车在最高点对拱形桥的压力为零时,只受重力作用,则合力提供圆周运动向心力:
:
解得:v==
=10m/s
答:(1)汽车在最高点对拱形桥的压力为车重的四分之三时,汽车的速率为5m/s;
(2)汽车在最高点对拱形桥的压力为零时,汽车的速率为10m/s.
如图所示,长为L的轻杆,一端固定一个小球,另一端固定在光滑的水平轴上,使小球在竖直平面内作圆周运动,关于小球在最高点的速度v0下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由于杆子能支撑小球,小球在最高点的最小速度为零.故A错误,B正确.
C、在最高点,若速度v0=,杆子的作用力为零.当v0>
时,杆子表现为拉力,设拉力大小为F.根据牛顿第二定律得:mg+F=m
,得:F=m
-mg
可知,速度逐渐增大时,向心力增大,杆子对小球的拉力增大.故C正确.
D、当v0>时,杆子表现为支持力,根据牛顿第二定律得:mg-F=m
,得:F=mg-m
可知,速度逐渐减小时,向心力减小,则杆子对小球的支持力增大.故D错误.
故选:BC.
“六十甲子”是古人发明用来计时的方法,也是一种表示自然界五行之气循环流转的直观表示法.某学校物理兴趣小组用空心透明粗糙塑料管制作了如图所示的竖直“60”造型.两个“0”字型圆的半径均为R.让一质量为m、直径略小于管径的小球从入口A处无初速度放入,B、C、D是轨道上的三点,E为出口,其高度低于入口A.已知BC是“0”字型的一条竖直方向的直径,D点是左侧“0”字型上的一点,与圆心等高,A比C高R,当地的重力加速度为g,则小球在整个运动过程中,下列说法错误的是( )
正确答案
解析
解:A、若球光滑,根据动能定理得,,再由牛顿第二定律得,
.联立两式解得N=4mg.故A正确.
B、因为A点比E点高,且球光滑,根据机械能守恒,小球一定能从E点射出.故B正确.
C、若球光滑,根据动能定理得,,N+mg=
,解得N=mg.因为小球不光滑,到达C点的速度小于
,所以塑料管对小球的作用 力小于mg.故C正确.
D、若小球不光滑,可能不能越过C点,最终会停在B点.故D错误.
本题选错误的,故选D.
在如图所示的圆锥摆中,轻质细绳悬挂质量为m的小球在水平面内做匀速圆周运动.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,
求:(1)绳中的拉力大小;
(2)小球运动的角速度的大小.
正确答案
解:对摆球进行受力分析,受重力mg和绳子的拉力T作用.
(1)在竖直方向上,合力为零,有:Tcosθ=mg
得:T=
(2)在水平方向上,合力提供向心力,有:Fn=mg•tanθ=mω2R
有几何关系可知:R=Lsinθ
联立解得:ω=
答:(1)绳中的拉力大小为.
(2)小球运动的角速度的大小为.
解析
解:对摆球进行受力分析,受重力mg和绳子的拉力T作用.
(1)在竖直方向上,合力为零,有:Tcosθ=mg
得:T=
(2)在水平方向上,合力提供向心力,有:Fn=mg•tanθ=mω2R
有几何关系可知:R=Lsinθ
联立解得:ω=
答:(1)绳中的拉力大小为.
(2)小球运动的角速度的大小为.
经长期观测人们在宇宙中已经发现了“双星系统”,“双星系统”由两颗相距较近的恒星组成,每个恒星的线度远小于两个星体之间的距离,而且双星系统一般远离其他天体.如图所示,两颗星球组成的双星,在相互之间的万有引力作用下,绕连线上的O点做周期相同的匀速圆周运动.现测得两颗星之间的距离为L,质量之比为m1:m2=3:2.则可知( )
正确答案
解析
解:双星靠相互间的万有引力提供向心力,具有相同的角速度,
对m1:G=m1ω2r1,
对m2:G=m2ω2r2,
得:m1r1=m2r2,=
=
.
所以r1=L,r2=
L.
又v=rω,所以线速度之比:
=
=
.
故AC错误、BD正确.
故选:BD.
一竖直放置的内壁光滑的环形圆管内有一质量为m的运动小球(球半径小于圆管内径),如图所示.若该环形圆管半径为R(其内径很小),小球通过最低点时的速度v=
,则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:
A、根据机械能守恒定律有:+mg•2R=
,又由题v=
,解得 小球经过最高点时的速度 v′=
,故A正确.
B、由于v′>0,所以小球能到达最高点,故B错误.
C、D、在最高点,根据牛二定律有:mg-N=m,解得N=
,方向向上,根据牛顿第三定律可知小球对圆管的压力N=N′=
mg,方向向下,则CD正确.
故选:ACD.
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