- 圆周运动
- 共3703题
长为L的轻杆一端固定一质量为m的小球,另一端可绕固定轴在竖直平面内自由转动,如图所示,求:
(1)若小球恰好能到达圆周的最高点,杆对小球的作用力?
(2)若小球在圆周的最高点杆对小球的作用力为,小球的速度?
正确答案
解:(1)F-mg=0
杆对小球的作用力为mg,方向向上
(2)当小球在最高点是杆对小球的作用力为支持力,设速度为v1
当小球在最高点时杆对小球的作用力为拉力,设速度为v2
用长为L的细线拴一质量为m的小球,使小球在水平面内做匀速圆周运动,细线与竖直方向平角为θ,如图所示。求:
(1)绳子拉力大小;
(2)小球线速度大小。
正确答案
解:(1)它们的合力指向圆心,提供向心力,F=mg/cosθ
(2)轨道半径为Lsinθ
则:mg·tanθ=mv2/Lsinθ
解得:
绳的一端固定,另一端系一质量为m=0.5kg的小球,绳长=60cm,使小球在竖直平面内做圆周运动,重力加速度g=10m/s2,求:
(1)小球刚好能做圆周运动,在最高点的速度为多大?
(2)小球在最高点速率=3m/s时,绳对小球的拉力为多大?
正确答案
解:(1)重力作圆周运动的向心力则
(2)小球在最高点有
一卫星在地面的质量为m,在地面的重力为mg,在距地面高为地球半径R的轨道上做匀速圆周运动时,卫星的质量、向心加速度及线速度分别是多少?
正确答案
解:物体的质量不随物体的位置和状态而变。因此在轨道上的质量仍为m。
在地面万有引力和重力的大小相等,
在距地面高度为R的轨道上有,
所以有,
设卫星在轨道上的线速度的大小为v,由向心加速度,得
。
如图,一光滑水平桌面AB与一半径为R的光滑半圆形轨道相切于C点,且两者固定不动。一长L为0.8 m的细绳,一端固定于O点,另一端系一个质量m1为0.2 kg的球。当球在竖直方向静止时,球对水平桌面的作用力刚好为零。现将球提起使细绳处于水平位置时无初速释放。当球m1摆至最低点时,恰与放在桌面上的质量m2为0.8kg的小铁球正碰,碰后m1小球以2 m/s 的速度弹回,m2将沿半圆形轨道运动,恰好能通过最高点D。g=10m/s2,求:
(1)m2在圆形轨道最低点C的速度为多大?
(2)光滑圆形轨道半径R应为多大?
正确答案
解:(1)设球m1摆至最低点时速度为v0,由小球(包括地球)机械能守恒
m1与m2碰撞,动量守恒,设m1、m2碰后的速度分别为v1、v2
选向右的方向为正方向,则
即0.2×4 =0.2×(-2 )+0.8×v2
解得v2=1.5 m/s
(2)m2在CD轨道上运动时,由机械能守恒有 ①
由小球恰好通过最高点D点可知,重力提供向心力,即 ②
由①②得v22=5gR
即1.52=50R
故R=0.045 m
如图所示,一条轨道固定在竖直平面内,粗糙的ab段水平,bcde段光滑,cde段是以O为圆心、R为半径的 一小段圆弧,圆心O与ab在同一水平线上。可视为质点的物块A和B紧靠在一起,静止于b处,A的质量是B的3倍。两物块在足够大的内力作用下突然分离,分别向左、右始终沿轨道运动。B到d点时速度沿水平方向,此时轨道对B的支持力大小等于B所受重力的倍,A与ab段的动摩擦因数为μ,重力加速度为g,求:
(1)物块B在d点的速度大小;
(2)物块A滑行的距离s和时间t。
正确答案
解:(1)在d点对B,由牛顿第二定律得:
,解得
(2)设A、B在分离瞬间速度大小分别为v1、v2,取水平向右方向为正,A、B分离过程动量守恒,则:
3m(-v1)+mv2=0
A、B分离后,B从b点到d点过程由动能定理得:
A向左减速至零过程由动能定理得:
,解得:
A向左减速至零过程由动量定理得
-μ(3mg)t=0-3mv1,解得
轨道ABCD由粗糙的斜面轨道AB和光滑圆弧轨道BCD组成。圆弧轨道BCD半径R=1m,在B点与斜面轨道AB相切;C点是圆弧轨道的最低点,D点的切线沿竖直方向;斜面轨道与水平面的夹角θ=37°,物块与斜面间的动摩擦因数μ=0.3。在D点的正上方有一厚度不计的旋转平台,沿平台的一条直径上开有两个小孔P、Q,两孔离轴心等距离,旋转时两孔均能达到D点的正上方。一质量m=0.5kg的物块(视为质点)从斜面上A点由静止释放,到达C点时对轨道的压力N=65N,到达D点后恰好无碰撞的穿过小孔P,为了使物块能从小孔Q落下(不计空气阻力,重力加速度g=10m/s2,取sin37°=0.6,cos37°=0.8),求:
(1)物块到达C点时的速度(结果可用根式表示);
(2)AB的长度L(结果可用分数表示);
(3)平台的角速度ω应满足的条件。
正确答案
解:(1)在C点,根据牛顿定律有
(2)由动能定理,有°+
(1-cos37°)-
°
解得
(3)设小球到达D点时的速度是vD,则在物块由C到D过程中,有
解得
物块越过孔后做初速度为10m/s、加速度为-g的匀变速运动,由运动学公式有
可得t=2s
根据θ=ωt得ω应满足
如图所示,水平桌面上有一轻弹簧,左端固定在A点,自然状态时其右端位于B点。水平桌面右侧有一竖直放置的光滑轨道MNP,其形状为半径R=0.8m的圆环剪去了左上角135°的圆弧,MN为其竖直直径,P点到桌面的竖直距离也是R。用质量m1=0.4kg的物块将弹簧缓慢压缩到C点,释放后弹簧恢复原长时物块恰停止在B点。用同种材料、质量为m2=0.2kg的物块将弹簧缓慢压缩到C点释放,物块过B点后其位移与时间的关系为,物块飞离桌边缘D点后由P点沿切线落入圆轨道。g=10m/s2,求:
(1)DP间的水平距离;
(2)判断m2能否沿圆轨道到达M点;
(3)释放后m2运动过程中克服摩擦力做的功。
正确答案
解:(1)
(2)若物块能过最高点,其在M点的速度至少为
设物块在P点的速度至少为
在P点时物块的速度
因,故物块不能到最高点
(3)设弹簧长为AC时的弹性势能为EP,物块与桌面间的动摩擦因数为μ
释放m1时,
释放m2时,
且,可得:
m2在桌面上运动过程中克服摩擦力做功为Wf则
可得
如图(a)所示,半径为r,质量不计的圆盘盘面与地面相垂直,圆心处有一个垂直于盘面的光滑水平固定轴 O,在盘的最边缘固定一个质量为m的小球A,在O点的正下方离O点处固定一个质量也为m的小球B,放开盘让其自由转动(转动过程中OA与OB总保持垂直),问:
(1)当A球转到最低点时,两小球的重力势能之和减少了多少?
(2)A球转到最低点时的线速度是多少?
(3)在转动过程中半径OA向左偏离竖直方向的最大角度是多少?
正确答案
解:
(1)以通过O的水平面为参考平面,A球转到最低点时两球重力势能之和减少
△Ep=Ep1-Ep2
(2)由于圆盘转动过程中,只有两球重力做功,机械能守恒,设A球转到最低点时,A、B两球的速度分别为vA、vB,则
因A、B两球固定在同一个圆盘上,转动过程中的角速度相同,得vA=2vB.代入上式,得
解得
(3)设半径OA向左偏离竖直方向的最大角度为θ(如图(b)) ,由机械能守恒定律得Ep1=Ep3
即
即2cosθ=1+sinθ
两边平方得,即
(负根舍去).所以θ=37°.
如图所示,在倾角为的光滑斜面上,有一长为
的细线,细线的一端固定在O点,另一端拴一质量为
的小球,现使小球恰好能在斜面上做完整的圆周运动,已知O点到斜面底边的距离
。求:
(1)小球通过最高点时的速度
;
(2)小球通过最低点时,细线对小球的拉力;
(3)小球运动到点或
点时细线断裂,小球沿斜面滑落到斜面底边时到
点的距离若相等,则
和
应满足什么关系。
正确答案
解:(1)小球恰好能在斜面上做完整的圆周运动,小球通过A点时细线的拉力为零,根据圆周运动和牛顿第二定律有:
解得:
(2)小球从A点运动到B点,根据机械能守恒定律有:
解得:
小球在B点时根据圆周运动和牛顿第二定律有:
解得:
(3)小球运动到A点或B点时细线断裂,小球在平行底边方向做匀速运动,在垂直底边方向做初速为零的匀加速运动(类平抛运动)
细线在A点断裂:
细线在B点断裂:
又
联立解得:
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