- 生活中的圆周运动
- 共945题
用长为L的不可伸长轻绳拴着质量为m的小球恰好在竖直平面内做圆周运动,则小球在最低点对绳的拉力为 (重力加速度为g)
正确答案
6mg
略
公路上的拱形桥是常见的,汽车过桥时的运动也可以看做圆周运动。质量为m的汽车在拱形桥上以速度v前进(如图一),设桥面的圆弧半径为R,此地的重力加速度为g,试求汽车通过桥的最高点时对桥的压力是多大?
地球可以看做一个巨大的拱型桥(如图二),桥面的半径就是地球半径R =" 6400" km。地面上有一辆汽车在行驶,会不会出现这样的情况:速度大到一定程度时,汽车将离开地面?如果会请计算出这个速度?(g =" 10" m/s2)
正确答案
汽车通过桥的最高点时受支持力FN
对汽车有 ----------------------------------------(3分)
--------------------------------------(2分)
汽车通过桥的最高点时对桥的压力是
大小: ------------------------------(1分)
汽车的速度大到一定程度,即将离开地面时
------------------------------------(2分)
----------------------------------------(2分)
----------------------(2分)(其它方法正确也给满分)
略
(12分)汽车在水平路面做半径为R的大转弯,图是后视图,悬吊在车顶的灯左偏了角,则:
(1)车正向左转弯还是向右转弯?
(2)车速是多少?
(3)若(2)中求出的速度正是汽车转弯时不打滑允许的最大速度,则车轮与地面的动摩擦因数是多少?
正确答案
(1)向右转弯
(2)
(3)
(1)向右转弯……(2分)
(2)对灯受力分析知
……(4分)
(3)车刚好不打滑,有
……(4分)
飞行员的质量为m,驾驶飞机在竖直平面内以速度v、半径R做匀速圆周运动,当飞机运动到圆周的最低点和最高点时,飞行员对座椅产生的压力差是多大?
正确答案
2mg
设座椅在最低点对飞行员的支持力为F1,则在最低点:
F1-mg=m,F1=m
+mg
座椅在最高点对飞行员的压力为F2,则在最高点:
F2+mg=m,F2=m
-mg
根据牛顿第三定律,座椅对飞行员的作用力与飞行员对座椅的作用力大小相等,所以,飞行员在最低点和最高点对座椅产生的压力差:ΔF=F1-F2=2mg.
汽车质量m为1.5×104 kg,以不变的速率先后驶过凹形路面和凸形路面,路面圆弧半径均为15m,如图所示.如果路面承受的最大压力不得超过2×105 N,汽车允许的最大速率是多少?汽车以此速率驶过路面的最小压力是多大?
正确答案
7.07m/s 1×105 N
当汽车经过凹形路面最低点时,设路面支持力为FN1,受力情况如图(a)所示,由牛顿第二定律,有FN1-mg=m要求FN1≤2×105 N即m·
+mg≤2×105 N解得允许的最大速率:vm="7.07" m/s由上面分析知,汽车经过凸形路面顶点时对路面压力最小,设为FN2,如图(b)所示,由牛顿第二定律有,mg-FN2=m
解得:FN2=1×105N
如图11所示,在绕竖直轴匀速转动的水平圆盘盘面上,离轴心r="20" cm处放置一小物块A,其质量为m=2 kg,A与盘面间相互作用的静摩擦力的最大值为其重力的k倍(k=0.5),试求:
(1)当圆盘转动的角速度ω=2 rad/s时,物块与圆盘间的摩擦力大小为多大?方向如何?
(2)欲使A与盘面间不发生相对滑动,则圆盘转动的最大角速度为多大?(取g="10" m/s2)
正确答案
(1)物体随圆盘一起绕轴线转动,需要向心力,而竖直方向物体受到的重力mg、
支持力FN不可能提供向心力,向心力只能来源于圆盘对物体的静摩擦力.
根据牛顿第二定律可求出物体受到的静摩擦力的大小:
Ff=F向=mω2r=2×22×0.2 N="1.6" N方向沿半径指向圆心. --------3分
(2)欲使物块与盘不发生相对滑动,做圆周运动的向心力应不大于最大静摩擦力.
即F向=mrω+m≤kmg,解得ωm≤=
rad/s="5" rad/s. -------3分
略
司机要能够控制行驶中的汽车,汽车对地面的压力一定要大于零,在高速公路所建的高架桥的顶部可以看做是一个圆弧,若高速公路上汽车的设计时速为180 km/h,则高架桥顶部的圆弧半径至少应为________.(g=10 m/s2)
正确答案
250 m
180 km/h=50 m/s,当汽车只受重力作用时,由向心力公式,由F=m=mg可知,此时F最大,则r最小,所以r=
=
=
m=250 m,此半径为最小值.
如图6-8-27所示,细绳一端系着质量kg的物体,静止于水平面,另一端通过光滑小孔吊着质量kg的物体,M的中点与圆孔距离为0.2m,并知M和水平面的最大静摩擦力为2N,现使此平面绕中心轴线转动,问角速度在什么范围m会处于静止状态?()
正确答案
要使m静止,M应与平面相对静止,考虑M能与水平面相对静止的两个极端状态:当为所求范围的最小值时,M有向圆心运动的趋势,水平面对M的静摩擦力方向背离圆心;当为所求范围的最大值时,M有远离圆心运动的趋势,水平面对M的摩擦力方向指向圆心。要使m静止,M应与平面相对静止,考虑M能与水平面相对静止的两个极端状态:
当为所求范围的最小值时,M有向圆心运动的趋势,水平面对M的静摩擦力方向背离圆心,大小等于最大静摩擦力2N,此时对M有:
且
解得:rad/s.
当为所求范围的最大值时,M有远离圆心运动的趋势,水平面对M的摩擦力方向指向圆心,且大小也为2N,此时:
且
解得:rad/s
质量m=5t的汽车以速率v=10m/s分别驶过一座半径R=100m的凸形和凹形桥的中央,g="10m/s2" ,求:
(1)在凸、凹形桥的中央,汽车对桥面的压力;
(2)若汽车通过凸形桥顶端时对桥面的压力为零,此时汽车的速率是多少?
正确答案
解:
(1)对于凹形桥有:FN–mg =" mv2/R " 代入数据得FN =5.5×104 N ……………(2分)
对于凸形桥有:mg–FN =" mv2/R " 代入数据得FN =4.5×104 N ……………(2分)
(2) 当汽车通过凸形桥顶端时对桥面的压力为零时,由mg–FN =" mv2/R " 知
令 FN = 0,得v="31.4" m/s ……………………………………………(2分)
略
小孩坐在秋千板上荡秋千,若秋千静止时,小孩对秋千板的压力大小为300 N,则小孩的质量是_______kg.秋千摆动起来,通过最低点的速度大小为4.0 m/s,若秋千板离吊秋千的横梁3.2 m,可以认为坐在秋千板上小孩的重心位置在秋千板上,则小孩通过最低点时,它对秋千板的压力大小是_________.(g取10 m/s2)
正确答案
30 450
略
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