- 向心力
- 共7577题
如图甲所示,轻杆一端与质量为1kg,可视为质点的小球相连,另一端可绕光滑固定轴在竖直平面内自由转动,即使小球在竖直平面内做圆周运动,经最高点时开始计时,取水平向右为正方向,小球的水平分速度v随时间t的变化关系如图乙所示,A、B、C三点分别是图线与纵轴、横轴的交点,图线上第一周期内的最低点,该三点的纵坐标分别是1、0、-5,g取10m/s2,不计空气阻力.下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、设杆的长度为L,小球从A到C的过程中机械能守恒,得:
m
+2mgL=
m
,
所以:L==0.6m.
若小球在A点恰好对杆的作用力是0,则:=mg,
临界速度:v0==
m/s>vA=1m/s.
由于小球在A点的速度小于临界速度,所以小球做圆周运动需要的向心力小于重力,杆对小球的作用力的方向向上,是竖直向上的支持力.故A正确,B错误;
C、由于y轴表示的是小球在水平方向的分速度,
所以曲线AB段与坐标轴所围图形的面积表示A到B的过程小球在水平方向的位移,大小等于杆的长度,即0.6m.故C正确.
D、小球从A到B的过程中机械能守恒,得:m
+mgL=
m
,
所以:vB=m/s.故D错误;
故选:AC.
质量为M的汽车,在半径为20m的圆形水平路面上匀速行驶,最大静摩擦力是车重的0.5倍,为了不使轮胎在公路上打滑,汽车速度不应超过______.如果要提高汽车通过弯道时的车速,应将弯道处改造成______(“内低外高”或“外低内高”)的斜面.
正确答案
解:汽车转弯时,汽车受的静摩擦力提供向心力,当静摩擦力达到最大时车速最大.根据牛顿第二定律有
fm=m
又 fm=0.5mg
解得:vm==
=10m/s
要提高汽车通过弯道时的车速,应将弯道处改造成内低外高的斜面.
故答案为:10m/s,内低外高.
解析
解:汽车转弯时,汽车受的静摩擦力提供向心力,当静摩擦力达到最大时车速最大.根据牛顿第二定律有
fm=m
又 fm=0.5mg
解得:vm==
=10m/s
要提高汽车通过弯道时的车速,应将弯道处改造成内低外高的斜面.
故答案为:10m/s,内低外高.
(2015秋•汕头期末)如图,半径为R的水平圆盘绕过圆心O的竖直轴匀速转动,A为圆盘边缘上一点.某时刻,在O的正上方有一个可视为质点的小球以初速度v沿半径OA方向水平抛出,若小球恰好直接落在A点,重力加速度为g,则( )
正确答案
解析
解:小球做平抛运动,小球在水平方向上做匀速直线运动,则平抛运动的时间 t=
竖直方向做自由落体运动,则小球抛出时距O的高度 h==
;
根据ωt=2nπ得:圆盘转动的角速度ω==
(n=1、2、3…)
当n=1时,圆盘转动的最小角速度为;当n=2时,圆盘转动的角速度等于
.故A错误,BCD正确.
故选:BCD
质量为m的物块,沿着半径为R的半球形金属壳内壁滑下,半球形金属壳竖直放置,开口向上,滑到最低点时速度大小为V,若物体与球壳之间的摩擦因数为μ,则物体在最低点时,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、物体滑到半球形金属球壳最低点时,速度大小为v,半径为R,向心加速度为an=,故A错误;
B、根据牛顿第二定律得N-mg=m,得到金属球壳对小球的支持力N=m(g+
),由牛顿第三定律可知,小球对金属球壳的压力大小N′=m(g+
),受到的摩擦力为f=μN=μm(g+
),故BC错误;
D、物体重力和支持力的合力向上,还受到水平向左的摩擦力,属于物体受到的合力方向斜向左上方,故D正确.
故选D
如图所示,一个内壁光滑的圆锥筒,其轴线垂直于水平面,圆锥筒固定不动.有一质量为m的小球A紧贴着筒内壁在水平面内做匀速圆周运动,筒口半径和筒高分别为R和H,小球A所在的高度为筒高的一半.已知重力加速度为g,则( )
正确答案
解析
解:A、如右图所示,小球受重力和支持力而做匀速圆周运动,由合力提供向心力,合力F一定指向圆心;故A错误.
B、小球A受到重力、支持力,向心力是重力和支持力的合力,故B错误.
C、设圆锥母线的倾角为θ,由力的合成可知,F=mgtanθ=mg,故C错误.
D、由牛顿第二定律得 mgtanθ=mrω2;由几何关系可知,r=;解得:ω=
;故D正确.
故选:D
“飞车走壁”是一种传统的杂技艺术,演员骑车在倾角很大的桶 面上做圆周运动而不掉下来.如图所示,已知桶壁的倾角为θ,车和人的总质量为m,做圆周运动的半径为r,若使演员骑车做圆周运动时不受桶壁的摩擦力,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据几何关系得:人和车所受的合力为:F合=mgtanθ,根据
得:
.故A正确,D错误.
B、根据平行四边形定则知,桶面对车的弹力为:N=.故BC错误.
故选:A.
在质量为M(包括底座)的电动机上,装有质量为m的偏心轮,如图所示,飞轮转动的角速度为ω,当飞轮的重心在转轴的正上方时,电动机对地面的压力刚好为零.则飞轮到轴心的距离为r=______.
正确答案
解析
解:偏心轮重心在转轴正上方时,电动机对地面的压力刚好为零,则此时偏心轮对电动机向上的作用力大小等于电动机的重力,即:
F=Mg…①
根据牛顿第三定律,此时轴对偏心轮的作用力向下,大小为F=Mg,其向心力为:
F+mg=mω2r…②
由①②得r=
故答案为:
质量为800kg的小汽车驶过一半径为50m的圆形拱桥,到桥顶时的速度为5m/s,g=10m/s2,求:
(1)此时汽车对桥的压力.
(2)若汽车到达桥顶时对桥的压力为零,且车不脱离桥面,到达桥顶时汽车的速度是多大?
正确答案
解:(1)如图所示,汽车到达桥顶时,竖直方向受到重力G和桥对它的支持力N的作用.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-=7600N,
根据牛顿第三定律可知
此时汽车对桥的压力为7600N,方向竖直向下
(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
答:(1)此时汽车对桥的压力为7600N,方向竖直向下;
(2)到达桥顶时汽车的速度是m/s
解析
解:(1)如图所示,汽车到达桥顶时,竖直方向受到重力G和桥对它的支持力N的作用.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-=7600N,
根据牛顿第三定律可知
此时汽车对桥的压力为7600N,方向竖直向下
(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
答:(1)此时汽车对桥的压力为7600N,方向竖直向下;
(2)到达桥顶时汽车的速度是m/s
(多选)如图所示,小球m在竖直放置的光滑的圆形管道内做圆周运动,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、在最高点,由于外管或内管都可以对小球产生弹力作用,当小球的速度等于0时,内管对小球产生弹力,大小为mg,故最小速度为0.故A错误,B正确.
C、小球在最低点,靠支持力和重力的合力提供向心力,因为合力的方向向上,则支持力一定大于重力,可知小球对管壁的压力一定大于重力,故C正确.
D、小球在水平线ab以下的管道中运动时,靠径向的合力提供向心力,可知外侧管壁对小球一定有作用力,故D正确.
故选:BCD.
如图,细杆的一端与小球相连,可绕过O点的水平轴自由转动,细杆长0.5m,小球质量为3.0kg,现给小球一初速度使它做竖直面内的圆周运动,若小球通过轨道最低点a处的速度为va=4m/s,通过轨道最高点b处的速度为vb=2m/s,取g=10m/s2,则通过最低点和最高点时,细杆对小球作用力的情况是( )
正确答案
解析
解:在a处:,得FT=
=126N,方向竖直向上,故A错误,B正确;
b点:假设杆对球的作用力竖直向下,有,得F=
=
=-6N,“-”说明杆对球作用力应该竖直向上,故D正确,C错误.
故选:BD.
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