- 生活中的圆周运动
- 共945题
如图6-8-25甲所示,在光滑的圆锥顶用长为L的细线悬挂一质量为m的小球,圆锥体固定在水平面上不动,其轴线沿竖直方向,母线与轴线之间的夹角为300,物体以速率v绕圆锥体轴线做水平圆周运动:
⑴当时,求线对物体的拉力;
⑵当时,求线对物体的拉力。
正确答案
⑴;⑵F=2mg。
临界条件为圆锥体对小球的支持力FN=0,如图6-8-25乙所示,
,得:
⑴ 因v1<v0 FN≠0 ,对小球受力分析如图6-8-25丙。
Fsinθ-FNcosθ=mv12/(Lsinθ)
Fcosθ+FNsinθ-mg=0
解之得:
⑵ 因v2>v0,物体离开斜面,对小球受力分析如图6-8-26。
Fsinα=mv22/(Lsinα)
Fcosα-mg="0 "
解之得:F=2mg
当汽车通过拱桥顶点的速度为10时,车对桥顶的压力为车重的
,为了安全起见,汽车不能飞离桥面,汽车在桥顶时的速度应限制在 m/s内。
正确答案
20m/s (4分)
速度较小时,,随着速度的增大,F越来越小,当F减小到等于零时,汽车刚好飘起来,此时
汽车在水平路面上做环绕运动,设轨道圆半径为R,路面汽车的最大静摩擦力是车重的1/4,要使汽车不冲出跑道,汽车运动速度不得超过______.
正确答案
本题考查的是圆周运动的问题,根据最大静摩擦力提供向心力,,解出速度值;
有一辆质量为800kg的小汽车驶上圆弧半径为50m的拱桥。(g取10 m/s2)
(1)汽车到达桥顶时速度为5m/s ,汽车对桥的压力有多大?
(2)汽车以多大速度经过桥顶时便恰好对桥没有压力而腾空?
(3)汽车对地面的压力过小时不安全的,因此从这个角度讲,汽车过桥时的速度不能过大,对于同样的车速,拱桥圆弧的半径大些比较安全,还是小些比较安全?
正确答案
(1)
(2)
(3)半径越大越安全
(1)汽车经过桥顶时,受力分析如图,重力和支持力的合力提供向心力,则:
3分
代入相关数据解得: 2分
由牛顿第三定律得:汽车对桥的压力为 2分
(2)汽车腾空时只受到重力的作用,重力提供向心力,则
3分
2分
(3)由得
对于同样的速度V,R越大时,N就越大,所以
半径越大越安全 3分
如图5-6-11所示,质量是5.0×103 kg的汽车以不变的速率先后驶过凹形路面和凸形路面,路面的曲率半径为15 m,为保证安全,要求汽车对路面的压力不得超过2.0×105 N,而且汽车不能离开路面,则汽车允许的最大行驶速率为多少?(g取10 m/s2)
图5-6-11
正确答案
12 m/s
驶过凹形路面时,2.0×105-mg=,得v1="21" m/s.驶过凸形路面时,mg=
,得v2="12" m/s.所以,要使汽车不离开路面,汽车允许的最大行驶速率应为12 m/s.
车以一定的速度在宽阔的马路上匀速行驶,司机突然发现正前方有一墙,把马路全部堵死,为了避免与墙相碰,司机是急刹车好,还是马上转弯好?试定量分析说明道理。
正确答案
刹车好
设汽车的速度为v,与地面的动摩擦因数为μ,若汽车刹车时的位移:,若拐弯产生的半径:
,由于R>S,所以刹车比拐弯好。
如图所示,B、C两轮同轴,RA=RC=2RB,若皮带与轮间无滑动,皮带轮匀速转动时求:
(1)A、B、C三轮边缘的线速度之比为?
(2)A、B、C三轮的角速度之比?
(3)A、B、C三轮的周期之比?
正确答案
(1)2:1:1 (2) 1:1:2 (3)2:2:1
略
如图所示,ABCDE为固定在竖直平面内的轨道,ABC为直轨道,AB光滑,BC粗糙,CDE为光滑圆弧轨道,轨道半径为R,直轨道与圆弧轨道相切于C点,其中圆心O与BE在同一水平面上,OD竖直,∠COD=θ,且θ<5°。现有一质量为m的小物体(可以看作质点)从斜面上的A点静止滑下,小物体与BC间的动摩擦因数为,现要使小物体第一次滑入圆弧轨道即恰好做简谐运动(重力加速度为g)。求:
小物体过D点时对轨道的压力大小
直轨道AB部分的长度S
正确答案
小题1: F=3mg-2mgcosθ
小题2: S=(μcotθ-cotθ)R
小题1:小物体下滑到C点速度为零才能第一次滑入圆弧轨道即恰好做简谐运动
从C到D由机械能守恒定律有: mgR(1-cosθ)= 在D点用向心力公式有: F-mg=m
解以上二个方程可得: F=3mg-2mgcosθ
小题2:从A到C由动能定理有:
mgsinθ(S+Rcotθ)- μmgcosθ·Rcotθ="0 "
解方程得: S=(μcotθ-cotθ)R
有一辆质量为800kg的小汽车驶上圆弧半径为50m的拱桥。(地球半径R=6400km,重力加速度g取10m/s2)
求:(1)汽车到达桥顶时速度为5m/s,汽车对桥的压力是多大?
(2)汽车以多大速度经过桥顶时恰好对桥没有压力而腾空?
(3)如果拱桥的半径增大到与地球半径R一样,汽车要在桥面上腾空,速度要多大?
正确答案
(1)当车在桥顶时,可得
=7600N
(2)令=0时,
(3)当变为地球半径时,
略
如图所示,质量m=2.0×kg的汽车以不变的速度先后驶过凹形桥面和凸形桥面,两桥面的圆弧半径均为20m。由于轮胎太旧,如果受到超过3×
N的压力时就会出现爆胎,则:
(1)汽车在行驶过程中,在哪个位置最可能出现爆胎?
(2)为了使汽车安全过桥,汽车允许的最大速度是多少?
(3)若以(2)中所求得速度行驶,汽车对桥面的最小压力是多少?
正确答案
(1)B点;(2)10m/s;(3)105N。
(1)根据圆周运动的知识,凹处受力较大,则在B点位置最可能出现爆胎。
(2)汽车在凹形桥底部时,由牛顿第二定律得:FN-mg=mv2/r 代入数据解得v=10m/s
(3)汽车在经过拱形桥顶部时,对桥的压力最小
由牛顿第二定律得:mg-FN’=mv2/r 解得FN’=105N
由牛顿第三定律知最小压力为105N
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