- 匀速圆周运动
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有一种杂技表演叫“飞车走壁”,由杂技演员驾驶摩托车沿圆台形表演台的侧壁高速行驶,做匀速圆周运动,如图所示.图中虚线表示摩托车的行驶轨迹,轨迹离地面的高度为h.下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、摩托车做匀速圆周运动,提供圆周运动的向心力是重力mg和支持力F的合力,作出力图.设圆台侧壁与竖直方向的夹角为α,侧壁对摩托车的支持力F=
不变,则摩托车对侧壁的压力不变.故A错误.
B、如图向心力Fn=mgcotα,m,α不变,向心力大小不变.故B错误.
C、根据牛顿第二定律得Fn=m,h越高,r越大,Fn不变,则T越大.故C正确.
D、根据牛顿第二定律得Fn=m,h越高,r越大,Fn不变,则v越大.故D正确.
故选CD
如图装置叫做离心节速器,它的工作原理和下述力学模型类似:在一根竖直硬质细杆的顶端O用铰链连接两根轻杆,轻杆的下端分别固定两个金属小球.当发动机带动竖直硬质细杆转动时,两个金属球可在水平面上做匀速圆周运动,如图所示.设与金属球连接的两轻杆的长度均为L,两金属球的质量均为m,各杆的质量均可忽略不计.当发动机加速运转时,轻杆与竖直杆的夹角从30°增加到60°,忽略各处的摩擦和阻力.
求:(1)当轻杆与竖直杆的夹角为30°时金属球做圆周运动的线速度的大小v1;
(2)轻杆与竖直杆的夹角从30°增加到60°的过程中机器对两小球所做的总功.
正确答案
解:(1)金属球做匀速圆周运动,重力与拉力的合力作为向心力,
由mgtanθ=,
由r=lsinθ,
得V1==
.
(2)设小球在偏角为60°时做匀速圆周运动的速度大小为v2,夹角从30°增加到60°的过程中金属球上升的高度为h,则,
mgtan60°=
上升的距离 h=l(co30°-cos 60°)
根据动能定理得
W-2mgh=2(mV22-
mV12)
由以上方程解 W=mgl.
答:(1)当轻杆与竖直杆的夹角为30°时金属球做圆周运动的线速度的大小为 .
(2)轻杆与竖直杆的夹角从30°增加到60°的过程中机器对两小球所做的总功为 mgl.
解析
解:(1)金属球做匀速圆周运动,重力与拉力的合力作为向心力,
由mgtanθ=,
由r=lsinθ,
得V1==
.
(2)设小球在偏角为60°时做匀速圆周运动的速度大小为v2,夹角从30°增加到60°的过程中金属球上升的高度为h,则,
mgtan60°=
上升的距离 h=l(co30°-cos 60°)
根据动能定理得
W-2mgh=2(mV22-
mV12)
由以上方程解 W=mgl.
答:(1)当轻杆与竖直杆的夹角为30°时金属球做圆周运动的线速度的大小为 .
(2)轻杆与竖直杆的夹角从30°增加到60°的过程中机器对两小球所做的总功为 mgl.
如图,是小球摆动的频闪照片.一个用细线悬挂的小球从A点开始自由摆下,假设摆动的整个过程中小球始终在同一竖直平面内,记住它向右摆动能够达到的最大高度(此时小球的位置记为B点,图中未画出).然后用一把直尺在P点挡住摆线(设P点位于悬点正下方某处,如图),假设摆线与直尺接触的过程中没有能量损失,且忽略一切阻力,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、小球从A点开始摆动,在P点挡住摆线后,小球能继续向运动,在整个过程中机械能的总量保持不变,机械能是守恒的,小球能上升到原来的高度,但是由于半径变小,所以小球不能到达B点,故A错误,BC正确;
D、小球摆下后由机械能守恒可知,mgh=mv2,因小球下降的高度相同,故小球到达最低点时的速度相同,故小球的线速度不变,而半径变小,根据F-mg=
得:绳子的拉力F=mg+
,所以细线拉力变大,故D正确.
故选:BCD
如图所示,M是水平放置的半径足够大的圆盘,绕过其圆心的竖直轴OO′匀速转动,规定经过圆心O点且水平向右为x轴正方向.在O点正上方距盘面高为h=5m处有一个可间断滴水的容器,从t=0时刻开始,容器沿水平轨道向x轴正方向做初速度为零的匀加速直线运动.已知t=0时刻滴下第一滴水,以后每当前一滴水刚好落到盘面时再滴下一滴水.则:(取g=10m/s2)
(1)每一滴水离开容器后经过多长时间滴落到盘面上?
(2)要使每一滴水在盘面上的落点都位于同一直线上,圆盘的角速度ω应为多大?
(3)当圆盘的角速度为1.5π时,第二滴水与第三滴水在盘面上落点间的距离为2m,求容器的容器加速度a.
正确答案
解:(1)离开容器后,每一滴水在竖直方向上做自由落体运动.
则每一滴水滴落到盘面上所用时间:t==
=1s;
(2)要使每一滴水在盘面上的落点都位于同一直线,则圆盘在1s内转过的弧度为kπ,k为不为零的正整数.
由ωt=kπ
即ω=kπ=kπ,其中k=1,2,3,…
(3)第二滴水离开O点的距离为
第三滴水离开O点的距离为
又△θ=ωt=1.5π
即第二滴水和第三滴水分别滴落在圆盘上x轴方向及垂直x轴的方向上,所以
即
解得:a=m/s2;
答:(1)每一滴水离开容器后经过1s时间滴落到盘面上;
(2)要使每一滴水在盘面上的落点都位于同一直线上,圆盘的角速度ω应为kπ,其中k=1,2,3,…;
(3)当圆盘的角速度为1.5π时,第二滴水与第三滴水在盘面上落点间的距离为2m,则容器的容器加速度m/s2
解析
解:(1)离开容器后,每一滴水在竖直方向上做自由落体运动.
则每一滴水滴落到盘面上所用时间:t==
=1s;
(2)要使每一滴水在盘面上的落点都位于同一直线,则圆盘在1s内转过的弧度为kπ,k为不为零的正整数.
由ωt=kπ
即ω=kπ=kπ,其中k=1,2,3,…
(3)第二滴水离开O点的距离为
第三滴水离开O点的距离为
又△θ=ωt=1.5π
即第二滴水和第三滴水分别滴落在圆盘上x轴方向及垂直x轴的方向上,所以
即
解得:a=m/s2;
答:(1)每一滴水离开容器后经过1s时间滴落到盘面上;
(2)要使每一滴水在盘面上的落点都位于同一直线上,圆盘的角速度ω应为kπ,其中k=1,2,3,…;
(3)当圆盘的角速度为1.5π时,第二滴水与第三滴水在盘面上落点间的距离为2m,则容器的容器加速度m/s2
一个小球作半径为r的匀速圆周运动,其线速度为v.从某时刻算起,使其速度的增量的大小为v,所需的最短时间为______.
正确答案
解析
解:线速度为v.从某时刻算起,使其速度的增量的大小为v,可知速度变化量与速度相等,即速度及速度变化量构成的等边三角形,小球运动对应的最小圆心角度为60度,故运动时间最小为:.
故答案为:.
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