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题型:简答题
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简答题

如图所示,小球沿光滑的水平面冲上一光滑的半圆形轨道,轨道半径为R,小球在轨道的最高点对轨道压力等于小球的重力,问:

(1)画出小球在最高点的受力情况,并指出向心力的来源。(4分)

(2)小球在最高点的速度为多大?(4分)

(3)小球落地时,距最高的水平位移是多少?(6分)

(4)小球落地时速度为多大?(6分)

正确答案

(1)向心力由重力与支持力的合力提供 (2)(3)S= (4)Vt=

试题分析:(1) 如图所示:向心力由重力与支持力的合力提供 

(2)由mg+N=mv2/R , mg=N  得:

(3)由S="vt" ,    h=2R  得:S=

(4)由vy=gt  ,      得:Vt=

点评:本题难度较小,在最高点时,由弹力和重力共同提供向心力,处理平抛运动问题时,根据竖直高度求解运动时间,水平方向上做的是匀速直线运动

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简答题

有一辆质量为1.2×103kg的小汽车驶上半径为50m的圆弧形拱桥。求:(1)汽车到达桥顶的速度为10m/s时对桥的压力的大小;(2)设想拱桥的半径增大到与地球半径一样,那么汽车要在这样的桥面上腾空,速度至少多大。(重力速度g取10m/s2,地球半径R取6.4×103km=2dddd

正确答案

(1)根据牛顿第二定律:(4分)

,解得:(3分),根据牛顿第三定律:(2分)(2)根据牛顿第二定律:(4分), 解得:(3分)

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简答题

如图所示,小球(可被视作质点)质量为m,固定在竖直平面内的圆环其最高处有一小缺口A,小缺口的直径略大于小球的直径。细绳拉着小球在圆环内绕环心O做圆周运动,小球不脱离圆轨道,圆环半径为r,细绳的长度也是r.细绳所能承受的最大张力为小球重力的3倍.用g表示重力加速度.小球在最高点A允许的最大速率和最小速率是多大?

正确答案

,

试题分析:经过最高点,通常受支持力、重力提供向心力,即,所以在做糕点最小速度为

细绳所能承受的最大张力为小球重力的3倍,代入则

点评:本题考查了圆周运动中相关参数的计算,例如线速度、角速度、周期等。

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简答题

如图,杯子里盛有水,用绳子系住水杯在竖直平面内做“水流星”表演,转动半径为L,重力加速度为g,绳子能承受的最大拉力是水杯和杯内水总重力的10倍。要使绳子不断,节目获得成功,则杯子通过最高点的速度的最小值为多少?通过最低点的速度不超过多少?

正确答案

(1)最高点速度最小值为(Lg)1/2 (2)最低点速度不超过3(Lg)1/2 

试题分析:(1)水杯和水通过最高点的临界条件是重力恰好完全充当向心力,所以,解得

(2)在最低点绳子的拉力最大为,所以有,解得,所以速度不能超过

点评:把水和杯子看成一个整体,做圆周运动,通过最高点时,当绳子的拉力为0时,速度最小;最低点,当绳子的拉力最大时,速度最大.

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简答题

如图所示,在以角速度ω=2rad/s匀速转动的水平圆盘上,放一质量m=5kg的滑块,滑块离转轴的距离r=0.2m,滑块跟随圆盘一起做匀速圆周运动(二者未发生相对滑动)。

(1)滑块运动的线速度大小;

(2)滑块受到静摩擦力的大小和方向。

正确答案

解:(1)滑块的线速度大小

代入数据得v=0.4m/s

(2)滑块受到静摩擦力的大小

代入数据得

方向:由所在位置垂直指向转轴

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简答题

如图所示,有一质量为m的小球在光滑的半球形碗内做匀速圆周运动,轨道平面在水平面内.已知小球与半球形碗的球心O的连线跟竖直方向的夹角为θ,半球形碗的半径为R,求小球做圆周运动的速度及碗壁对小球的弹力各多大.

正确答案

 

根据小球做圆周运动的轨迹找圆心,定半径,由题图可知,圆周运动的圆心为O′,运动半径为r=Rsin θ.小球受重力mg及碗对小球弹力N的作用,向心力为弹力的水平分力.受力分析如右图所示.

由向心力公式Fn=m得Nsin θ=m    ①

竖直方向上小球的加速度为零,所以竖直方向上所受的合力为零,即Ncos θ=mg,解得N= ②

联立①②两式,可解得物体做匀速圆周运动的速度为

v=.

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如图所示,一辆质量为500kg的汽车静止在一座半径为40m的圆弧形拱桥顶部(g=10m/s2),求:

(1)此时汽车对圆弧形拱桥的压力是多大;

(2)如果汽车以10m/s的速度经过拱桥的顶部,则汽车对圆弧形拱桥的压力是多大;

(3)汽车以多大速度通过拱桥的顶部时,汽车对圆弧形拱桥的压力恰好为零。

正确答案

(1)5000N(2)3750N(3)20m/s

试题分析:(1)车静止在桥顶时,受重力mg和拱桥的支持力F的作用,由二力平衡可知

 

根据牛顿第三定律,可知汽车队拱桥的压力为:   

(2)车以的速度过桥顶时,受重力mg和拱桥的支持力的作用,

由牛顿第二定律可知: 

故桥对车的支持力为:

根据牛顿第三定律,可得此时桥受到的压力为:   

(3)车对桥的压力为零,即车只受重力作用,则由牛顿第二定律可得:

 

即当车的速度为时,对桥的压力为零

点评:本题关键对物体进行运动情况分析和受力情况分析,然后根据牛顿第二定律列式求解。

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(12分)如图所示,半径分别为R和r的甲、乙两个光滑的圆形轨道置于同一竖直平面上(R>r),两圆形轨道之间用一条水平粗糙轨道CD连接,轨道CD与甲乙两个圆形轨道相切于C、D两点。现有一小球以一定的速度先滑上甲轨道,绕行一圈后通过轨道CD再滑上乙轨道,绕行一圈后离开乙轨道。已知小球在甲轨道最高点处对轨道的压力等于球的重力,在乙轨道运动时恰好能过最高点。小球与轨道CD间的动摩擦系数为μ,求(1)小球过甲、乙轨道的最高点时的速度V1 V2(2)水平CD段的长度L。  

正确答案

解:设小球质量为m,当小球在甲轨道最高点时,

由牛顿第二定律得:N+       

V1=" (2gR)" 1/2   (3分)

当小球在乙轨道最高点时,由牛顿第二定律得:   

V2=" (gR)" 1/2     (3分)

小球从甲轨道最高点运动到乙轨道最高点的过程中,由动能定理得:

                        (4分)

                                           (2分)

                          

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简答题

如图所示,轻杆长为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,杆对球的支持力大小为F=mg/2,

求:⑴小球在最高点的瞬时速度大小。

⑵小球到达最低点的动能。

正确答案

(1)(2)

试题分析:(1)在最高点,对小球受力分析可得

   

     

     

(2)对小球,取最低点为零势能面,由机械能守恒有

  

点评:本题考查了结合受力分析的圆周运动知识。通过受力分析可以分析向心力的表达式。

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简答题

分如图所示,可视为质点的小球在竖直放置的光滑圆环内侧做圆周运动,当小球以v="2" m/s的速度通过最高点时恰好对圆环无压力,求圆环的半径r(g="10" m/s2)。

正确答案

0.4 m

试题分析:小球在最高点恰好对圆环无压力,重力独立通过向心力: 

解得:

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