- 曲线运动
- 共20011题
一物体在水平面内沿半径r=20cm的圆轨道做匀速圆周运动,线速度v=0.2m/s,那么它的向心加速度为___________m/s2,它的角速度为____________rad/s。
正确答案
0.2;1
如图所示,一根长0.1m的细线,一端系着一个质量是0.18kg 的小球,拉住线的另一端,使球在光滑的水平桌面上做匀速圆周运动,当小球的转速增加到原转速的3倍时,细线断裂,这时测得断前瞬间线的拉力比原来大40N,求:
(1)线断裂的瞬间,线的拉力为多大;
(2)这时小球运动的线速度为多大;
(3)如果桌面高出地面0.8m,线断后小球飞出去落在离桌面的水平距离为多少的地方?(取10m/s2)
正确答案
解:(1)小球在光滑桌面上做匀速圆周运动时受三个力作用;重力mg、桌面弹力FN和细线的拉力F,
重力mg和弹力FN平衡,线的拉力提供向心力,,
设原来的角速度为,线上的拉力是
,加快后的角速度为
,线断时的拉力是
,
则又
,所以
,
线断时。
(2)设线断时小球的线速度大小为v,由,得
。
(3)由平抛运动规律得小球在空中运动的时间
小球落地处离开桌面的水平距离。
如图所示,有一长为L的细线,细线的一端固定在O点,另一端拴一质量为m的小球,现使小球恰好能在竖直面内做完整的圆周运动。已知水平地面上的C点位于O点正下方,且到O点的距离为1.9L。不计空气阻力。求:
(1)小球通过最高点A时的速度vA;
(2)小球通过最低点B时,细线对小球的拉力T;
(3)若小球运动到最低点B时细线恰好断裂,小球落地点到C点的距离。
正确答案
解:(1)小球恰好能做完整的圆周运动,则小球通过A点时细线的拉力为零,根据向心力公式有:
解得:
(2)小球从A点运动到B点,由机械能守恒定律有:
解得:
小球在B点时根据牛顿第二定律有:
解得:T=6mg
(3)小球运动到B点时细线断裂,小球做平抛运动,有:
x=vBt=3L
在同一水平高度上有A、B两物体,它们的质量分别为m、M,A物体从如图所示位置开始以角速度ω绕O点在竖直平面内顺时针做匀
速圆周运动,其轨道半径为R,
同时,B物体在力F作用下由静止开始在光滑水平面上沿x轴正方向做直线运动,如图所示.试问:
(1)A物体运动到什么位置时,它的速度可能与B物体相同?
(2)要使两物体速度相同,作用在B物体上的力F应多大?
(3)当物体速度相同时,B物体的最小位移是多少?
正确答案
解:(1)要使A、B两物体速度相同,A物体必须运动到圆周最高点,此时两者速度方向都向右.
(2)当物体A第一次到圆周最高点时:
t1=.
当物体A第二次到圆周最高点时:t2=(+1)T=(
+1)·
则当物体A第n+1次到圆周最高点时:tn+1=(+n)T=(
+n)·
①
要使两物体速度相同,则有va=vb,
即ab·tn+1=tn+1=va=ωR ②
联立①②式可解得:
F=(n=0,1,2,…).
(3)两物体速度相同时,当n=0,此时,
tb=, F=
,
B物体的位移sb,故
sb= abtb2=
,即为所求的最小位移
如图所示,一根长0.1m的细线,一端系着一个质量是0.18kg 的小球,拉住线的另一端,使球在光滑的水平桌面上做匀速圆周运动,当小球的转速增加到原转速的3倍时,细线断裂,这时测得断前瞬间线的拉力比原来大40N,求:
(1)线断裂的瞬间,线的拉力为多大;
(2)这时小球运动的线速度为多大;
(3)如果桌面高出地面0.8m,线断后小球飞出去落在离桌面的水平距离为多少的地方?(取10m/s2)
正确答案
解:(1)小球在光滑桌面上做匀速圆周运动时受三个力作用;重力mg、桌面弹力FN和细线的拉力F,
重力mg和弹力FN平衡,线的拉力提供向心力,,
设原来的角速度为,线上的拉力是
,加快后的角速度为
,线断时的拉力是
,
则又
,所以
,
线断时。
(2)设线断时小球的线速度大小为v,由,得
。
(3)由平抛运动规律得小球在空中运动的时间
小球落地处离开桌面的水平距离。
如图所示,细绳一端系着质量m=0.1 kg的小物块A,置于光滑水平台面上;另一端通过光滑小孔O与质量M=0.5 kg的物体B相连,B静止于水平地面上。当A以O为圆心做半径r=0.2m的匀速圆周运动时,地面对B的支持力FN=3.0N,则:
(1)绳子对A的拉力多大?对A起什么作用?
(2)物块A的速度大小?
正确答案
解:(1)F拉+N=Mg
F拉=2N
F拉提供A做圆周运动的向心力
(2)F拉=F向=
v=2m/s
质量为m的小球被长度为L的细线拉住,在空中作圆锥摆运动,细线与竖直方向的夹角为θ,求:
(1)则细线对小球的拉力;
(2)小球运动的速度大小。
正确答案
(1)
(2)
如图所示,一根长0.1m的细线,一端系着一个质量为0.18kg的小球,使小球在光滑的水平桌面上做匀速圆周运动,现使小球的转速很缓慢地增加,当小球的转速增加到开始时转速的3倍时细线断开,且线断开前的瞬间线的拉力比开始时大40N,g取10m/s2,求:
(1)线断开前的瞬间,线的拉力大小;
(2)线断开的瞬间,小球运动的速度大小;
(3)若小球最终从桌边AB离开桌面,且离开桌面时,速度方向与桌边AB的夹角为60°,桌面高出地面0.8m,求小球飞出后的落地点距桌边AB的水平距离。
正确答案
解:(1)设开始时转速为n0,线的拉力为F0,线断开的瞬间,转速为n,线的拉力为F
由公式
可得
得:
(2)设线断开时速度为v,由公式
得:
(3)
用长L=0.5米的细绳,一端拴一质量m=1千克的小球,另一端固定在离水平桌高h=0.3米的O点上,使小球在光滑桌面上做匀速圆周运动(如图所示)。
(1)如果运动速率v=1.2米/秒,求此时绳对球的拉力与球对桌面的压力;
(2)为使小球不离开桌面做圆周运动,它的速率不能超过多大?
正确答案
解:(1)设绳子对球的拉力为T,桌面对球的支持力为Fn,对球进行受力分析有:
竖直方向:①
水平方向:②
由几何关系:③
联立①②③三式解得T=4.5N,Fn=7.3N 由牛顿第三定律,球对桌面的压力:
(2)当球刚要离开桌面时临界条件Fn=0,此时球有最大速度。
竖直方向:⑤
水平方向:⑥
联立⑤⑥两式解得。
如图,质量为0.5kg的小杯里盛有1kg的水,用绳子系住小杯在竖直平面内做“水流星”表演,转动半径为1m,小杯通过最高点的速度为4m/s,g取10m/s2。求:
(1)在最高点时,绳的拉力?
(2)在最高点时水对小杯底的压力?
(3)为使小杯经过最高点时水不流出,在最高点时最小速率是多少?
正确答案
(1)9N
(2)26N
(3)
如图所示是生产流水线上的皮带传输装置,传输带上等间距地放着很多半成品产品。A轮处装有光电计数器,它可以记录通过A处的产品数目。已经测得轮A、B的半径分别为rA=20cm、rB=10cm,相邻两产品距离为30cm,从第1个工件通过A开始计时,1min内有41个工件通过A处。求:
(1)产品随传送带移动的速度大小;
(2)A、B轮缘上的两点P、Q及A轮半径中点M的线速度和角速度大小,并在图中画出线速度的方向;
(3)如果A轮是通过摩擦带动C轮转动,且rC=5cm,在图中描出C轮的转动方向,求出C轮的角速度(假设不打滑)。
正确答案
解:(1 )设传送带运动速度大小为v ,则
v==
m/s=0.2m/s
(2 )传输带不打滑,则A 、B 轮缘上每一点的线速度大小均与传输带运动速度大小相等,即vP=vQ=0.2m/s
A轮半径上的M点与P点的角速度相等,故vM=vP=0.1m/s,各点线速度的方向见图
ωP=ωM=rad/s=1rad/s
由rBωQ=ωPra,可得ωQ=2ωP=2rad/s
(3)C轮转动方向见上图
ωCrC=ωPra,那么ωC=4rad/s
一个有一定厚度的圆盘,可以绕通过中心垂直于盘面的水平轴转动.现用打点计时器来测量它匀速转动的角速度.如图甲所示,纸带固定在待测圆盘的侧面上,使得圆盘转动时,纸带可以卷在圆盘侧面上.使圆盘作匀速转动的同时让打点计时器开始打点,得到如图乙的一段纸带.已知圆盘半径r=5.50×10-2m,交流电频率是50Hz,则求得角速度为:______.如果实验测出的角速度值偏大,其原因可能是______.
正确答案
从图象可知,纸带上共有14个间隔,对应的长度:L=10.40cm,对应的时间:t=14T=0.28s,所以纸带的速度:v==
=0.3714m/s
圆盘的角速度:ω==6.75rad/s
如果实验测出的角速度值偏大,其原因可能数据处理时使用的时间偏小,即交流电的频率偏大.
故答案为:6.75rad/s;交流电的频率偏大.
一根水平横杆可绕OO'轴在水平面内转动,杆上穿一个空心圆柱形物体,质量为0.4kg,物体可在杆上无摩擦滑动,
物体和转轴间用一根劲度系数κ=800N/m的弹簧相连,如图所示。当横杆绕轴匀速转动时,弹簧从原长8cm伸长到10cm,那么弹簧对物体的拉力是______,物体运动的角速度是______,线速度是______。(物体可视为质点)
正确答案
汽车沿半径为R的圆形跑道行驶,设跑道的路面是水平的,路面作用于车的摩擦力的最大值是车重力的,要使汽车不会冲出圆形跑道,车速最大不能超____ 。
正确答案
如图所示,两轮在同一高度,它们的半径均为R=0.2 m,均以角速度ω=8 rad/s绕过轮心的水平轴逆时针转动,两轮心间的距离s=1 m,一块长为l(l>2 m)的均匀木板AB,水平无初速度地放在两轮上,且木板重心O恰好在右轮轮心正上方。木板与两轮边缘的动摩擦因数均为μ=0.2。求:
(1)木板刚开始运动时的加速度大小是多少?
(2)从木板刚开始运动到重心O移到左轮轮心正上方所用的时间是多少?
正确答案
解:(1)设木板对两轮的压力大小分别为N1和N2,木板刚放上时的加速度为a,则
N1+N2=mg
μ(N1+N2)=ma
解得a=μg=2 m/s2(2)轮边缘的线速度v=ωR=1.6 m/s
板从静止加速到速度为1.6 m/s所用的时间和移动的距离分别为
t1=v/a=1.6/2=0.8 s
L1=at2/2=0.64 m
板匀速移动的距离和时间分别为
L2=s-L1=0.36 m
t2=L1/v=0.225 s
所以木板运动的总时间为t=t1+t2=1.025 s
扫码查看完整答案与解析