- 生活中的圆周运动
- 共945题
(10分)如图所示,半径为R的光滑圆环上套有一质量为m的小环,当圆环以角速度ω绕过环心的竖直轴旋转时,求小环稳定后偏离圆环最低点的高度h.
正确答案
试题分析:作小球的受力图,设支持力与竖直方向的夹角为θ,
则有 1分
小环圆周运动的半径为 1分
由向心力公式得
2分
2分联立求解得 2分
所以有 2分
下图是一个设计“过山车”的试验装置的原理示意图。斜面与竖直面内的圆形轨道在点平滑连接。斜面和圆形轨道都是光滑的。圆形轨道半径为。一个质量为的小车(可视为质点)在点由静止释放沿斜面滑下,小车恰能通过圆形轨道的最高点。已知重力加速度为。求:
(1)点距水平面的高度;
(2)在点轨道对小车的支持力的大小。
正确答案
解:(1)小车在点有:=
解得: =
由运动到,根据机械能守恒定律得: = ×2+
解得:= 2.5(2)由运动到,根据机械能守恒定律得:=
解得: =
小车在点有:N-=
解得:N = 6
(12分)如图所示,将一个质量为1g的小球用细线连接,使其在竖直面内做圆周运动,细线长度为5cm,求:
(1)当小球转动的角速度达到多大时,绳子所受拉力的最大值等于最小值的3倍?
(2)当小球转动的角速度等于多少时,细绳的拉力恰好为0?(g取10m/s2)
正确答案
(1)
(2)
(1)
(2)
即:时,小球与试管底脱离
质量为的汽车以
的速度安全驶过半径为
的凸形桥的桥顶,这时汽车对桥顶的压力是_________,汽车此时所需的向心力是汽车所受支持力和__________的合力,汽车能安全通过桥顶的最大行驶速度不能超过_____________ (重力加速度为g)
正确答案
;重力 ;
略
铁路转弯处的圆弧半径是200m,规定火车通过这里的速度是72km/h,轨道面与水平面之间的夹角的正切值应该为多大才能使轨道不受轮缘的挤压?
正确答案
火车在转弯时所需的向心力由火车所受的重力和轨道对火车支持力的合力提供,如图6-8-1所示:,
。
水平光滑轴上用长L的轻绳静止悬挂一小球,t=0时刻,对小球施加一瞬时水平向右的冲量I1。当t=3T时,再次给小球施加一与I1同方向的瞬时冲量I2,小球才恰好能到达最高点。已知小球始终在圆周上运动,求()的最大值?
正确答案
本题考查了动量定理、竖直平面内的圆周运动、机械能守恒定律等内容。考查了考生综合应用知识分析解决问题的能力。这类问题的关键在于通过受力分析、运动过程的分析,找出临界状态及临界条件进行求解。
两次施加水平冲量后小球恰好能到达最高点,说明总的能量是一定值即,小球始终在圆周上运动易得第一次能量有最大值(即冲量有最大值)是使小球运动到与轴水平的位置,从而知第二次能量有最小值(即冲量有最小值) ,因此(
)有最大值。
由动量定理,得小球受冲量I1后速度V1为
,
又因小球始终在圆周上运动,分析知此情况下最大运动范围是轴下方的半个圆周,由机械能守恒定律可得第一次冲量最大值I1max
。
同理分析经过周期的整数倍数的时间,小球到最低点恰好向右运动,此时又施加了水平向右的冲量I2, 最低点到最高点的过程中,由机械能守恒定律得
,
V2是小球到最高点的临界速度
,
所以由上述公式得I2的最小值为,则
。
一辆汽车通过某一拱形桥顶点时的速度大小为36km/h,汽车对桥顶的压力为车重的如果要使汽车在桥顶对桥面恰好没有压力,汽车过桥时的速度应 km/h。
正确答案
72
在顶点有,,如果要使汽车在桥顶对桥面恰好没有压力,则重力提供向心力,根据牛顿第二定律可知
,解得汽车过桥时的速度应72 km/h
故答案为:72
(8分)如图所示,长为l的轻细绳,上端固定在天花板上,下端系一质量为m的金属小球,将小球拉开到绳子绷直且呈水平的A点。将小球无初速度释放,求:
(1)小球落至最低点B时的速度多大?
(2)小球落至最低点时受到的拉力.
正确答案
(1)
(2)
(1)球从A点落至最低点B过程,机械能守恒,设落至最低点时速度为
应有 …………………………………………2分
得:
………………………………………2分
(2)至最低点时由牛顿第二定律: ……………2分
得: ………………………………………2分
(10分)如图所示,已知绳长L1,水平杆长L2,小球的质量 m,整个装置可绕竖直轴转动,当该装置从静止开始转动,最后以某一角速度稳定转动时,绳子与竖直方向成角。
(1)试求该装置转动的角速度;
(2)此时绳的张力;
正确答案
(1)ω=
(2)T=
(1)小球最后作匀速圆周运动F向=mgtg=mω2(L2+L1sin
)则 ω=
(2)此时绳的拉力:T=
如图6-7-12所示,所示,杆长为l,球的质量为m,杆连球在竖直平面内绕轴O自由转动,已知在最高点处,杆对球的弹力大小为,求这时小球的瞬时速度大小。
正确答案
(1)若F向上;(2)若F向下,
。
小球所需向心力向下,本题中,所以弹力的方向可能向上也可能向下。
(1)若F向上,则,
;
(2)若F向下,则,
扫码查看完整答案与解析