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题型:填空题
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填空题

如图所示是一过山车轨道的一部分(此部分可视为圆弧),一个可视为质点的小球正通过轨道的最高点.已知小球质量为m=0.2kg,圆弧轨道的圆心为O,半径为R=0.4m,g=10m/s2.忽略其他阻力.试求:

(1)试证明小球在最高点时的最小速度为vmin=

(2)若小球在最高点时速度为v=4m/s,求小球对轨道的压力大小及方向.

正确答案

解析

解:(1)小球在最高点临界情况是轨道对小球的弹力为零,靠重力提供向心力,根据牛顿第二定律得:

mg=m

解得最小速度为:

(2)根据牛顿第二定律得:N+mg=m

解得:N=

则小球对轨道的压力大小为6N,方向竖直向上.

答:(1)证明如上所示;

(2)小球对轨道的压力为6N,方向竖直向上.

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题型: 单选题
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单选题

如图所示,汽车在一段丘陵地匀速率行驶,由于轮胎太旧而发生爆胎,则图中各点最易发生爆胎的位置是在(  )

Aa处

Bb处

Cc处

Dd处

正确答案

D

解析

解:在最低点,有N-mg=,解得N=mg+m>mg,轨道半径越小,支持力越大.在最高点,有:mg-N=,解得N=mg-<mg.知在最低点处压力大,且半径越小,压力越大,所以d处最容易爆胎.故D正确,A、B、C错误.

故选:D.

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题型: 单选题
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单选题

物体做匀速圆周运动时,如果保持轨道半径不变,当角速度增大为原来的2倍时,向心加速度大小将为原来的(  )

A

B

C2倍

D4倍

正确答案

D

解析

解:向心加速度a=,因为v=rω,则a=rω2,则当角速度增加为原来的2倍时,向心加速度大小将为原来的4倍;

故选:D.

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题型: 单选题
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单选题

一质量为M的人手握长为l轻绳(不可伸长)一端,绳的另一端栓一质量为m的小球,今使小球在竖直平面内做圆周运动,若小球刚好能经过圆周的最高点,则在小球运动过程中,下面说法正确的是(  )

A人对地面的最小压力等于Mg

B人对地面的最小压力大于Mg

C人对地面的最大压力等于(M+m)g

D人对地面的最大压力大于(M+m)g

正确答案

D

解析

解:A、B、小球刚好能经过圆周的最高点,最高点细线的拉力为零,但其余点都有拉力,在轨迹的上半周,绳子向上拉力人,故人对地面的最小压力一定是小于人的重力Mg,故A错误,B错误;

C、D、小球在竖直平面内做圆周运动,受重力和拉力,在最低点时,拉力和重力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:

T-mg=m

故拉力T大于重力mg;

故人对地面的压力大于(M+m)g,故C错误,D正确;

故选:D.

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题型: 多选题
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多选题

如图所示,光滑杆偏离竖直方向的夹角为θ,杆以O为支点绕竖直线旋转,质量为m的小球套在杆上可沿杆滑动.当杆角速度为ω1时,小球的旋转平面在A处;当杆角速度为ω2时,小球的旋转平面在B处,设球对杆的压力为N,则有(  )

AN1>N2

BN1=N2

Cω1<ω2

Dω1>ω2

正确答案

B,D

解析

解:A、对小球受力分析,如图所示,根据平行四边形定则知,N=,可知支持力大小相等,则压力大小相等.故A错误,B正确.

C、根据得,,由于r2>r1,所以ω1>ω2.故D正确,C错误.

故选:BD.

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题型: 多选题
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多选题

线的一端系一个重物,手执线的另一端使重物在光滑水平桌面上做匀速圆周运动,则下列说法中正确的是(  )

A当转速相同时,线越长越容易断

B当周期相同时,线越短越容易断

C当角速度相同时,线越短越容易断

D当线速度相同时,线越短越容易断

正确答案

A,B,D

解析

解:A、绳的拉力作为物体需要的向心力,由Fn=m(2πn)2可得,当转速相同时,线越长,则需要的向心力越大,故绳越容易断,故A正确.

B、当周期相同时,由Fn=mr,可知线越短,需要的向心力越大,绳越容易断,故B正确.

C、重物在光滑的水平面内做匀速圆周运动,绳的拉力作为物体需要的向心力,由Fn=mrω2可得,角速度一定时,线越长,则需要的向心力越大,绳越容易断,故C错误.

D、由Fn=m,知当线速度相同时,线越短,所需要的向心力越大,故绳越容易断,故D正确.

故选:ABD.

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题型:简答题
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简答题

用细绳栓一个小筒,盛0.4kg的水后,使小筒在竖直平面做半径为40cm的圆周运动,要使小筒过最高点时水不致流出,

(1)小筒过最高点的速度至少应是多少?

(2)当小筒过最高点的速度为3m/s时,水对筒底的压力是多少?

(3)当小筒过最低点的速度为5m/s时,水对筒底的压力是多少?(g=10m/s2

正确答案

解:(1)要使小筒过最高点时水不致流出,在最高点则有:

代入数据解得:v==2m/s

(2)在最高点,当v=3m/s时,根据牛顿第二定律得:

代入数据得:N1=5N

(3)在最低点,当v=5m/s时,根据牛顿第二定律得:

代入数据得:N2=29N

答:(1)小筒过最高点的速度至少应是2m/s;

(2)当小筒过最高点的速度为3m/s时,水对筒底的压力是5N;

(3)当小筒过最低点的速度为5m/s时,水对筒底的压力是29N.

解析

解:(1)要使小筒过最高点时水不致流出,在最高点则有:

代入数据解得:v==2m/s

(2)在最高点,当v=3m/s时,根据牛顿第二定律得:

代入数据得:N1=5N

(3)在最低点,当v=5m/s时,根据牛顿第二定律得:

代入数据得:N2=29N

答:(1)小筒过最高点的速度至少应是2m/s;

(2)当小筒过最高点的速度为3m/s时,水对筒底的压力是5N;

(3)当小筒过最低点的速度为5m/s时,水对筒底的压力是29N.

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题型: 单选题
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单选题

理想绳球系统,有两种常见运动方式.方式一:竖直面内的摆动(图甲),以下简称为单摆运动;方式二:水平面内的匀速圆周运动(图乙),以下简称为圆锥摆运动,则两种运动方式有(  )

A小球做单摆运动时,速度发生改变;小球做圆锥摆运动时速度不发生改变

B小球做单摆运动时,向心力大小不断改变;小球做圆锥摆运动时向心力大小也不断改变

C小球做单摆运动时,机械能守恒;小球做圆锥摆运动时机械能也守恒

D小球做圆锥摆运动时,不会出现向心力为零的时刻;小球做单摆运动时,也不会出现向心力为零的时刻

正确答案

C

解析

解:A、小球做单摆运动时,是变速圆周运动,大小改变;小球做圆锥摆运动时,是匀速圆周运动,速度大小不变,但速度方向改变;故A错误;

B、小球做单摆运动时,速度大小改变,根据F=m,向心力的大小改变;小球做圆锥摆运动时,速度大小不变,根据F=m,向心力的大小不变,故B错误;

C、小球做单摆运动时,只有重力做功,机械能守恒;小球做圆锥摆运动,是匀速圆周运动,动能和重力势能都不变,故机械能也是守恒的,故C正确;

D、小球做圆锥摆运动时,速度不为零,故根据F=m,向心力的大小不可能为零;但做单摆运动时,在最高点速度为零,根据F=m,在最高点向心力为零;故D错误;

故选:C

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题型: 单选题
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单选题

甲、乙两物体都做匀速圆周运动,其质量之比为1:2,转动半径之比为2:1,在相等时间里甲转过60°,乙转过45°,则它们所受外力的合力之比为(  )

A1:1

B4:3

C16:9

D9:16

正确答案

C

解析

解:相同时间里甲转过60°角,乙转过45°角,根据角速度定义ω=可知:

ω1:ω2=4:3

由题意:

r1:r2=2:1

m1:m2=1:2

根据公式式F=mω2r

F1:F2=m1ω12r1:m2ω22r2=16:9

故选:C.

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题型: 单选题
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单选题

(2015秋•长沙校级期末)如图所示,一根细线下端拴一个金属小球P,细线的上端固定在金属块Q上,Q放在带小孔(小孔光滑)的水平桌面上,小球在某一水平面内做匀速圆周运动; 现使小球在一个更高的水平面上做匀速圆周运动,而金属块Q始终静止在桌面上的同一位置,则改变高度后与原来相比较,下面的判断中正确的是(  )

A细线所受的拉力变小

B小球P运动的角速度变大

CQ受到桌面的静摩擦力变小

DQ受到桌面的支持力变大

正确答案

B

解析

解:AB、设细线与竖直方向的夹角为θ,细线的拉力大小为T,细线的长度为L.

P球做匀速圆周运动时,由重力和细线的拉力的合力提供向心力,如图,则有:

  T=,mgtanθ=mω2Lsinθ,

得角速度ω=,使小球改到一个更高的水平面上作匀速圆周运动时,θ增大,cosθ减小,则得到细线拉力T增大,角速度ω增大.故A错误,B正确.

CD、对Q球,由平衡条件得知,Q受到桌面的静摩擦力等于细线的拉力大小,Q受到桌面的支持力等于重力,则静摩擦力变大,Q所受的支持力不变,故CD错误;

故选:B

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