- 向心力
- 共7577题
如图所示,在光滑的圆锥体顶端用长为L的细线悬挂一质量为m的小球.圆锥体固定在水平面上不动,其轴线沿竖直方向,母线与轴线之间的夹角为30°.小球以速度v绕圆锥体轴线在水平面内做匀速圆周运动,求
(1)小球做匀速圆周运动的向心加速度;
(2)小球做匀速圆周运动的向心力大小;
(3)若使圆锥体对小球的支持力恰好为零,需要多大的线速度.
正确答案
解:(1)小球以速度v绕圆锥体轴线在水平面内做匀速圆周运动,圆周半径为:r=L,
根据圆周运动公式得向心加速度为:a==
,
(2)根据牛顿第二定律得向心力大小为:F=ma=m,
(3)当角速度达到最大时,对圆锥体表面的压力为零,根据牛顿第二定律得:
mgtan30°=m=
,
解得:v=,
答:(1)小球做匀速圆周运动的向心加速度是,
(2)小球做匀速圆周运动的向心力大小是m;
(3)若使圆锥体对小球的支持力恰好为零,需要的线速度是.
解析
解:(1)小球以速度v绕圆锥体轴线在水平面内做匀速圆周运动,圆周半径为:r=L,
根据圆周运动公式得向心加速度为:a==
,
(2)根据牛顿第二定律得向心力大小为:F=ma=m,
(3)当角速度达到最大时,对圆锥体表面的压力为零,根据牛顿第二定律得:
mgtan30°=m=
,
解得:v=,
答:(1)小球做匀速圆周运动的向心加速度是,
(2)小球做匀速圆周运动的向心力大小是m;
(3)若使圆锥体对小球的支持力恰好为零,需要的线速度是.
一个滑雪者连同他的滑板质量共50kg,他滑到凹形的坡底时速度为20m/s,坡底圆弧的半径为50m,则滑雪者对坡底雪地的压力为______N.(g取10m/s2)
正确答案
900
解析
解:滑雪者在最低点的受力如图,由牛顿第二定律得:
解得:F=
根据牛顿第三定律可知,滑雪者对坡底雪地的压力为900N
故答案为:900
“飞车走壁”是一种传统的杂技艺术,演员骑车在倾角很大的圆桶内壁上做匀速圆周运动而不掉下来.如图所示,已知桶壁的倾角为θ,人和车的总质量为m,做匀速圆周运动的半径为r,若要使演员骑车做匀速圆周运动时不受 桶壁的摩擦力作用,下来说法正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、据题分析知,车和人做匀速圆周运动时不受桶壁的摩擦力作用,靠重力和支持力的合力提供向心力,如图.
人和车所受的合力为:F合=mgtanθ,根据mgtanθ=m得:
v=.故A错误,B正确.
CD、根据平行四边形定则知,桶面对车的弹力为:N=.故C正确,D错误.
故选:BC.
一个人用一根长L=1m、只能承受T=46N拉力的绳子,拴着一个质量为m=1kg的小球,在竖直面内做圆周运动,已知转轴O离地的距离H=6m,如图所示.如果小球小球到达最低点时绳子被拉断,则绳子拉断后,小球的水平射程是多大?
正确答案
解:设小球经过最低点的速度为v时,绳子刚好被拉断,则
由牛顿第二定律 F=ma得
T-mg=m
v==6m/s
小球脱离绳子的束缚后,将做平抛运动,其飞行时间为
t==1s
所以,小球的水平射程为 s=vt=6 m
答:绳子拉断后,小球的水平射程是6m.
解析
解:设小球经过最低点的速度为v时,绳子刚好被拉断,则
由牛顿第二定律 F=ma得
T-mg=m
v==6m/s
小球脱离绳子的束缚后,将做平抛运动,其飞行时间为
t==1s
所以,小球的水平射程为 s=vt=6 m
答:绳子拉断后,小球的水平射程是6m.
质量m=0.1kg的小球在细绳的拉力作用下在竖直面内做半径为r=0.2m的圆周运动,已知小球在最高点的速率为v1=2m/s,g 取10m/s2.求:
(1)小球在最高点时所受拉力;
(2)小球在最高点能做圆周运动的最小速度.
正确答案
解:(1)在最高点,根据牛顿第二定律得,,
解得F=N=1N.
(2)根据牛顿第二定律得,mg=,
解得最小速度.
答:(1)小球在最高点时所受拉力为1N;
(2)小球在最高点能做圆周运动的最小速度为.
解析
解:(1)在最高点,根据牛顿第二定律得,,
解得F=N=1N.
(2)根据牛顿第二定律得,mg=,
解得最小速度.
答:(1)小球在最高点时所受拉力为1N;
(2)小球在最高点能做圆周运动的最小速度为.
在“用圆锥摆验证向心力表达式”的实验中,如图甲所示,悬点刚好与一个竖直的刻度尺零刻度线对齐,将画着几个同心圆的白纸置于水平桌面上,使钢球静止时刚好位于圆心.用手带动钢球,使钢球在水平面上做圆周运动,同时从悬点上方竖直向下观察钢球的运动轨迹与纸面上某个同心圆重合,并记下该同心圆的半径r,钢球的质量为m,当地重力加速度为g
(1)用秒表记录运动n圈的总时间为t,那么小球做圆周运动中需要的向心力表达式为F=______;
(2)通过刻度尺测得小球轨道平面距悬点的高度为h,那么小球做圆周运动过程中外力提供的向心力表达式为F′=______;
(3)改变小球做圆周运动的半径,多次实验,得到如图乙所示的-h关系图象,可以达到粗略验证向心力表达式的目的,则该图线的斜率表达式为______(用题中所给物理量的字母表示上面各问的结果)
正确答案
解:(1)根据向心力公式:F=m
,而v=
,T=
得:F=;
(2)如图由几何关系可得:F′=mgtanθ=mg;
③由上面分析得:mg=
,
整理得:=
•h
故斜率表达式为:;
故答案为:(1);(2)
;(3)
.
解析
解:(1)根据向心力公式:F=m
,而v=
,T=
得:F=;
(2)如图由几何关系可得:F′=mgtanθ=mg;
③由上面分析得:mg=
,
整理得:=
•h
故斜率表达式为:;
故答案为:(1);(2)
;(3)
.
用长L=0.6m的绳系着装有m=0.5kg水的小桶,在竖直平面内做圆周运动,成为“水流星”.g=10m/s2.求:
(1)最高点水不流出的最小速度为多少?
(2)若过最高点时速度为3m/s,此时水对桶底的压力多大?
正确答案
解:(1)水桶运动到最高点时,设速度为v时水恰好不流出,由水的重力刚好提供其做圆周运动的向心力,根据牛顿第二定律得:
mg=m
得:v==
m/s=
m/s
(2)对水研究,在最高点时由水的重力和桶底的弹力的合力提供水做圆周运动的向心力,由牛顿第二定律得:
mg+N=m
则得:N=m(-g)=0.5×(
-10)N=2.5N
由牛顿第三定律得水对桶底的压力为N′=N=2.5N.
答:
(1)在最高点水不流出的最小速率为m/s.
(2)水在最高点速率v=3m/s时,水对桶底的压力大小为2.5N.
解析
解:(1)水桶运动到最高点时,设速度为v时水恰好不流出,由水的重力刚好提供其做圆周运动的向心力,根据牛顿第二定律得:
mg=m
得:v==
m/s=
m/s
(2)对水研究,在最高点时由水的重力和桶底的弹力的合力提供水做圆周运动的向心力,由牛顿第二定律得:
mg+N=m
则得:N=m(-g)=0.5×(
-10)N=2.5N
由牛顿第三定律得水对桶底的压力为N′=N=2.5N.
答:
(1)在最高点水不流出的最小速率为m/s.
(2)水在最高点速率v=3m/s时,水对桶底的压力大小为2.5N.
有一种叫“飞椅”的游乐项目,示意图如图所示,长为L的钢绳一端系着质量为m座椅,另一端固定在半径为r的水平转盘边缘,转盘可绕穿过其中心的竖直轴转动.当转盘以角速度ω匀速转动时,钢绳与转轴在同一竖直平面内,与竖直方向的夹角为θ,不计钢绳的重力,求:
(1)座椅做匀速圆周运动的半径R=______.
(2)转盘转动的角速度ω与夹角θ的关系
(3)当转盘转动的角速度ω增大时,θ将______.(填:增大、减小、不变)
正确答案
解:(1)座椅在水平面内做匀速圆周运动,半径为:
R=r+Lsinθ
(2)对飞椅受力分析:重力mg和钢绳的拉力F,由合力提供向心力,则根据牛顿第二定律得:
竖直方向上:Fcosθ=mg
水平方向上:Fsinθ=mω2R
解得:ω==
(3)由上式得知,当转盘转动的角速度ω增大时,θ将增大.
故答案为:
(1)r+Lsinθ;
(2)转盘转动的角速度ω与夹角θ的关系为ω=.
(3)增大.
解析
解:(1)座椅在水平面内做匀速圆周运动,半径为:
R=r+Lsinθ
(2)对飞椅受力分析:重力mg和钢绳的拉力F,由合力提供向心力,则根据牛顿第二定律得:
竖直方向上:Fcosθ=mg
水平方向上:Fsinθ=mω2R
解得:ω==
(3)由上式得知,当转盘转动的角速度ω增大时,θ将增大.
故答案为:
(1)r+Lsinθ;
(2)转盘转动的角速度ω与夹角θ的关系为ω=.
(3)增大.
如图所示,长为l的轻杆一端固定一质量为m的小球,另一端有固定转轴O,杆可在竖直平面内绕转轴O无摩擦转动.已知小球通过最低点Q时,速度大小为v=2
,则小球的运动情况为( )
正确答案
解析
解:根据动能定理得,
解得v′=0.知小球能够到达最高点P.此时在最高点重力和支持力相等,即在P点收到轻杆对它向上的弹力.故C正确,A、B、D错误.
故选C.
在一段半径为R=15m的圆孤形水平弯道上,已知弯道路面对汽车轮胎的最大静摩擦力等于车重的μ=倍,则汽车拐弯时的最大速度是______m/s.(g取10m/s2)
正确答案
5
解析
解:根据得解得汽车拐弯的最大速度为:
v=.
故答案为:5.
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