- 向心力
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如图所示是杂技演员在表演“水流星”的节目,盛水的杯子经过最高点杯口向下时水也不洒出来.对于杯子经过最高点时水的受力情况,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、当在最高点的速度v=,则在最高点,水靠重力提供向心力,桶底对水的弹力为零.故A正确.
B、在最高点,水靠重力和弹力的合力提供向心力,合力不为零,故B错误.
C、向心力是做圆周运动所需要的力,不是水受到的力.故C错误.
D、对于杯子经过最高点时水受重力,可能受桶底对水弹力.故D错误.
故选:A.
如图所示,倒置的光滑圆锥面内侧,有质量相同的两个小玻璃球A、B,沿锥面在水平面内做匀速圆周运动,关于A、B两球的( )
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=ma==mrω2,解得
,
,a=gtanθ,A的半径大,则A的线速度大,角速度小,向心加速度相等.加速度等于向心加速度,则加速度也相等,故C正确,A、B、D错误.
故选:C.
如图所示,质量为m的小球被细线经过光滑的小孔牵引,小球在光滑水平面内做匀速圆周运动,当拉力为F时,半径为R,当拉力逐渐增大到6F时,小球仍在作匀速圆周运动,此时半径为
,在此过程中,拉力对小球做功为______.
正确答案
FR
解析
解:设当绳的拉力为F时,小球做匀速圆周运动的线速度为v1,则有:F=m
当绳的拉力增大为6F时,匀速圆周运动的线速度为v2,则有:6F=m
在绳的拉力由F增大为2F过程中,根据动能定理得:
W=mv22-
mv12=FR
故答案为:FR.
长为L的轻杆两端各连接一个质量均为m的小球,以它们的中心为轴,在竖直面内做匀速圆周运动,转动周期为T=2π
,求它们通过竖直位置时,上下两球分别对杆端的作用力?并说明是拉力还是压力?
正确答案
解:在最高点,根据牛顿第二定律得,,
解得,可知球对杆表现为压力,压力大小为
.
在最低点,根据牛顿第二定律得,,
解得,可知球对杆表现为拉力,拉力大小为
.
答:在最高点,球对杆表现为压力,压力大小为,在最低点,球对杆表现为拉力,拉力大小为
.
解析
解:在最高点,根据牛顿第二定律得,,
解得,可知球对杆表现为压力,压力大小为
.
在最低点,根据牛顿第二定律得,,
解得,可知球对杆表现为拉力,拉力大小为
.
答:在最高点,球对杆表现为压力,压力大小为,在最低点,球对杆表现为拉力,拉力大小为
.
如图所示,把质量为20kg的物体B用细绳悬挂在水平横梁的滑环A上,B的重心到横梁的距离为2m,A、B正以3m/s的速度向右做匀速运动.当滑环A突然停止时,绳对物体B的拉力是多少?(取g=10m/g2)
正确答案
解:当A突然停止时,相当于以A为圆心,物体B以速度V=3m/s做圆周运动,根据牛顿第二定律,有:
T-mg=m
解得:
T=mg+m=20×10+20×
=290N
答:当滑环A突然停止时,绳对物体B的拉力是290N.
解析
解:当A突然停止时,相当于以A为圆心,物体B以速度V=3m/s做圆周运动,根据牛顿第二定律,有:
T-mg=m
解得:
T=mg+m=20×10+20×
=290N
答:当滑环A突然停止时,绳对物体B的拉力是290N.
有一轻质杆,长l=0.5m,一端固定一质量m=0.5kg的小球,轻杆绕另一端在竖直面内做圆周运动.(g取9.8m/s2)
(1)当小球运动到最高点的速度大小为4m/s时,求小球对杆的作用力;
(2)当小球运动到最低点时,球受杆的拉力为41N,求此时小球的速度大小.
正确答案
解:(1)在最高点,球受重力和弹力(假设向下),合力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:
F+mg=m
解得:
F=m-mg=0.5×
=11N>0
假设成立;
(2)在最低点,球受重力和拉力,合力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:
F-mg=m
代入数据,有:
41-5=0.5×
解得:
v=6m/s
答:(1)当小球运动到最高点的速度大小为4m/s时,小球对杆向上的拉力为11N;
(2)当小球运动到最低点时,球受杆的拉力为41N,此时小球的速度大小为6m/s.
解析
解:(1)在最高点,球受重力和弹力(假设向下),合力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:
F+mg=m
解得:
F=m-mg=0.5×
=11N>0
假设成立;
(2)在最低点,球受重力和拉力,合力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:
F-mg=m
代入数据,有:
41-5=0.5×
解得:
v=6m/s
答:(1)当小球运动到最高点的速度大小为4m/s时,小球对杆向上的拉力为11N;
(2)当小球运动到最低点时,球受杆的拉力为41N,此时小球的速度大小为6m/s.
如图所示,水平转台高1.25m,半径为0.2m,可绕通过圆心处的竖直转轴转动,转台的同一半径上放有质量均为0.3kg的小物块A、B(可看成质点),A与转轴间距离为0.1m,B位于转台边缘处,A、B间用长0.1m的细线相连,A、B与水平转台间最大静摩擦力均为0.54N,g取10m/s2.
(1)当转台的角速度达到多大时A物块开始滑动?
(2)若A物块恰好将要滑动时细线断开,求B物块落地时与转动轴心的水平距离.(不计空气阻力)
正确答案
解:(1)当ω增大,A受静摩擦力也达到最大静摩擦力时,A开始滑动,设这时的角速度为ω′,
对A物块有:Ffm-FT=mω2r
对B物块有:Ffm+FT=mω2(2r)
代入数据得角速度为:ω=
(2)A物块恰好将要滑动时细线断开,B做平抛运动,初速度为:v=
根据平抛运动的分位移公式,有:
x=vt
联立解得:x=
结合几何关系,有:
d=m=0.4m
答:(1)当转台的角速度达到2rad/s时A物块开始滑动;
(2)若A物块恰好将要滑动时细线断开,B物块落地时与转动轴心的水平距离为0.4m.
解析
解:(1)当ω增大,A受静摩擦力也达到最大静摩擦力时,A开始滑动,设这时的角速度为ω′,
对A物块有:Ffm-FT=mω2r
对B物块有:Ffm+FT=mω2(2r)
代入数据得角速度为:ω=
(2)A物块恰好将要滑动时细线断开,B做平抛运动,初速度为:v=
根据平抛运动的分位移公式,有:
x=vt
联立解得:x=
结合几何关系,有:
d=m=0.4m
答:(1)当转台的角速度达到2rad/s时A物块开始滑动;
(2)若A物块恰好将要滑动时细线断开,B物块落地时与转动轴心的水平距离为0.4m.
在汽车通过凸桥的最高点时,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:在凸形桥的最高点,根据牛顿第二定律得,,解得
<mg,则汽车对桥面的压力小于汽车的重力,车速越大,压力越小,故C正确,A、B、D错误.
故选:C.
汽车试车场中有一个检测汽车在极限状态下的车速的试车道,试车道呈锥面(漏斗状),如图所示. 测试的汽车质量m=1t,车道转弯半径R=150m,路面倾斜角θ=45°,路面与车胎的动摩擦因数μ为0.25,设路面与车胎的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,(g取10m/s2)求
(1)若汽车恰好不受路面摩擦力,则其速度应为多大?
(2)汽车在该车道上所能允许的最小车速.
正确答案
解:(1)汽车恰好不受路面摩擦力时,由重力和支持力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律得:
解得:v=
(2)当车道对车的摩擦力沿车道向上且等于最大静摩擦力时,车速最小,根据牛顿第二定律得:
Nsinθ-fcos
Ncosθ+fsinθ-mg=0
f=μN
解得:=
答:(1)若汽车恰好不受路面摩擦力,则其速度应为38.7m/s;
(2)汽车在该车道上所能允许的最小车速为30m/s.
解析
解:(1)汽车恰好不受路面摩擦力时,由重力和支持力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律得:
解得:v=
(2)当车道对车的摩擦力沿车道向上且等于最大静摩擦力时,车速最小,根据牛顿第二定律得:
Nsinθ-fcos
Ncosθ+fsinθ-mg=0
f=μN
解得:=
答:(1)若汽车恰好不受路面摩擦力,则其速度应为38.7m/s;
(2)汽车在该车道上所能允许的最小车速为30m/s.
如图所示,小球A水平面内做匀速圆周运动,已知小球的质量为0.4kg,系小球的线长为2m,线心竖直方向的夹角为37°,求:
(1)小球的向心力的大小;
(2)小球的线速度的大小.
(g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
正确答案
解:(1)根据平行四边形定则得:
F合=mgtan37°=4×0.75=3N
(2)根据牛顿第二定律:F合=m
代入数据得:v=m/s
答:(1)小球的向心力的大小为3N;(2)小球的线速度的大小为m/s.
解析
解:(1)根据平行四边形定则得:
F合=mgtan37°=4×0.75=3N
(2)根据牛顿第二定律:F合=m
代入数据得:v=m/s
答:(1)小球的向心力的大小为3N;(2)小球的线速度的大小为m/s.
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