- 向心力
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汽车通过圆形拱桥的顶点时速度为10m/s,车对桥面的压力为车重的,则该拱桥的圆弧半径是______m,欲使车通过桥顶时对桥面无压力,则汽车的速度应为______.
正确答案
40
20m/s
解析
解:当速度为10m/s时,根据牛顿第二定律得:
,
N=,
联立并代入数据解得:R=40m.
当汽车对桥面无压力,有:mg=,
解得:.
故答案为:40,20m/s.
如图所示,一辆质量为1.2×103kg的小车,以1Om/s的速度经过半径为40m的圆弧形拱桥的最高点,此时车对桥顶部的压力大小为______N;当经过最高点的车速至少等于______m/s时,车对桥面的压力恰好为零(g取1Om/s2).
正确答案
9000
20
解析
解:由牛顿第二定律得:
mg-F=m
解得:F=m(g-)=1.2×103×(10-
)=9000N;
由牛顿第三定律可知,车对桥顶部的压力大小为9000N.
车对桥面的压力恰好为零时,重力提供向心力,由牛顿第二定律得:
mg=m
解得:v′==
=20m/s;
故答案为:9000,20.
质量m=5t的汽车以速率v=10m/s分别驶过一座半径R=40m的凹形桥的中央,g=10m/s2,若在凹形桥的中央,汽车对桥面的压力是______N;若汽车通过凸形桥顶端时对桥面的压力为零,此时汽车的速率是______m/s.
正确答案
62500
20
解析
解:在凹形桥的最低点,根据牛顿第二定律得,N-mg=m,
解得N==
=62500N.
根据牛顿第三定律得,汽车对桥面的压力为62500N.
在凸形桥的最高点,当压力为零,根据牛顿第二定律得,mg=,
解得v=m/s=20m/s.
故答案为:62500,20.
“魔盘”是一种神奇的游乐设施,它是一个能绕中心轴转动的带有竖直侧壁的大型转盘,随着“魔盘”转动角速度的增大,“魔盘”上的人可能滑向盘的边缘.如图所示,质量为m的人(视为质点)坐在转盘上,与转盘中心O相距r.转盘的半径为R,人与盘面及侧壁间的动摩擦因数均为μ,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g.
(1)当转盘的角速度大小为ω0时,人未滑动,求此时人的线速度大小v;
(2)求人与转盘发生相对滑动时转盘的角速度大小ω应满足的条件;
(3)当人滑至“魔盘”侧壁时,只要转盘的角速度不小于某一数值ωm,人就可以离开盘面,贴着侧壁一起转动.有同学认为,ωm的大小与人的质量有关,你同意这个观点吗?请通过计算说明理由.
正确答案
解:(1)人做圆周运动,根据v=rω得线速度为:v=ω0r;
(2)静摩擦力提供圆周运动所需的向心力,当静摩擦力达到最大静摩擦力时,此时的角速度为最大角速度,
则:μmg=mω2r
解得:
所以当时,人与转盘发生相对滑动;
(3)人可以离开盘面,贴着侧壁一起转动时,竖直方向受力平衡,水平方向侧壁对人的支持力提供向心力,则有:
μFN=mg
解得:,与质量无关,所以不同意.
答:(1)当转盘的角速度大小为ω0时,人未滑动,此时人的线速度大小为ω0r;
(2)当时,人与转盘发生相对滑动;
(3)不同意,角速度的最大值与质量无关.
解析
解:(1)人做圆周运动,根据v=rω得线速度为:v=ω0r;
(2)静摩擦力提供圆周运动所需的向心力,当静摩擦力达到最大静摩擦力时,此时的角速度为最大角速度,
则:μmg=mω2r
解得:
所以当时,人与转盘发生相对滑动;
(3)人可以离开盘面,贴着侧壁一起转动时,竖直方向受力平衡,水平方向侧壁对人的支持力提供向心力,则有:
μFN=mg
解得:,与质量无关,所以不同意.
答:(1)当转盘的角速度大小为ω0时,人未滑动,此时人的线速度大小为ω0r;
(2)当时,人与转盘发生相对滑动;
(3)不同意,角速度的最大值与质量无关.
汽车转弯过程中,弯道半径越大越容易出车祸.______(判断对错)
正确答案
错
解析
解:汽车拐弯靠静摩擦力提供向心力,则f=m,弯道半径越大,所需的向心力越小,越不容易发生车祸.
故答案为:错
如图所示,公路路面的倾斜角为θ,在弯道路段的半径为R,重力加速度为g.要保证安全,汽车在弯道路段的行驶速度应满足( )
正确答案
解析
解:对汽车受力分析可知,当速度最大时,由重力和支持力的合力提供向心力,根据向心力公式得:
mgtanθ=m,
解得:vm=.
所以汽车的行驶速度应小于等于.
故选:D.
如图所示,质量m=0.2kg的小铁球系在长L=1.0m的轻质细线上,细线的另一端悬挂在O点,将小球拉直并呈水平状态时释放,试求当小球运动到最低点时对细线的拉力.(取g取10m/s2)
正确答案
解:小球下摆过程机械能守恒,由机械能守恒定律得:
mgl=mv2,
解得:v==
=2
m/s;
在最低点,由牛顿第二定律得:
F-mg=m,
代入数据解得:F=6N;
答:当小球运动到最低点时对细线的拉力为6N.
解析
解:小球下摆过程机械能守恒,由机械能守恒定律得:
mgl=mv2,
解得:v==
=2
m/s;
在最低点,由牛顿第二定律得:
F-mg=m,
代入数据解得:F=6N;
答:当小球运动到最低点时对细线的拉力为6N.
飞机做可视为匀速圆周运动的飞行表演.若飞行半径为2000m,速度为200m/s,则飞机的角速度______rad/s,向心加速度大小为______;若飞机质量为1t所需向心力大小为______.
正确答案
0.1
20m/s2
2000N
解析
解:飞机的角速度rad/s,
向心加速度a=,
向心力F=ma=1000×20=20000N
故答案为:0.1;20m/s2;20000N
如图所示,光滑平台上可视为质点的小球A通过-根不可伸长的细绳穿过光滑的小孔系一个小球B,小球A的质量为mA=100g,A球在平台上做匀速圆周运动,稳定后A球的线速度为5m/s,A球的转动半径r=0.2m,B球的质量______(取g=10m/s2)
正确答案
1.25kg
解析
解:对B,根据平衡条件:T=mg
对A,根据牛顿第二定律:T=mA
联立得:m=1.25kg
故答案为:1.25kg.
火车以某一速率通过一段半径为R的弯道,为使车轮对铁轨不造成侧向压力,通常将______侧轨道垫高(填“内”或“外”),如轨道平面与水平夹角为θ;那么火车通过这段弯道的速率应为______.
正确答案
外
解析
解:火车以某一速率通过一段半径为R的弯道,为使车轮对铁轨不造成侧向压力,靠重力和支持力的合力提供向心力,通常将外侧轨道垫高.
根据牛顿第二定律得,mgtanθ=m,解得v=
.
故答案为:外,.
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