【題目】如圖所示,長(zhǎng)度為L的細(xì)繩上端固定在天花板上O點(diǎn),下端拴著質(zhì)量為m的小球.當(dāng)把細(xì)繩拉直時(shí),細(xì)繩與豎直線的夾角為θ=60°,此時(shí)小球靜止于光滑的水平面上.

1)當(dāng)球以角速度ω1=做圓錐擺運(yùn)動(dòng)時(shí),細(xì)繩的張力FT為多大?水平面受到的壓力FN是多大?

2)當(dāng)球以角速度ω2=2做圓錐擺運(yùn)動(dòng)時(shí),細(xì)繩的張力FT′及水平面受到的壓力FN′各是多大?

【答案】1)繩子張力FTmg,桌面受到壓力FNmg.(2)繩子的張力為4mg,桌面受到的壓力為零.

【解析】試題分析:(1)當(dāng)球做圓錐擺運(yùn)動(dòng)時(shí),在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),由重力、水平面的支持力和繩子拉力的合力提供向心力,根據(jù)牛頓第二定律,采用正交分解法列方程求解繩子的張力和支持力,再由牛頓第三定律求出桌面受到的壓力.

2)當(dāng)小球?qū)ψ烂媲『脽o壓力時(shí),由重力和繩子拉力的合力提供向心力,根據(jù)牛頓第二定律求解此時(shí)小球的角速度.根據(jù)角速度ω2=與臨界角速度的關(guān)系,判斷小球是否離開桌面.若小球桌面做圓周運(yùn)動(dòng),再由牛頓第二定律求解繩子的張力.

解:(1)對(duì)小球受力分析,作出力圖如圖1.球在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),由重力、水平面的支持力和繩子拉力的合力提供向心力,則

根據(jù)牛頓第二定律,得

水平方向有:FTsin60°=mω12Lsin60°①

豎直方向有:FN′+FTcos60°﹣mg="0" ②

ω1=

解得 FT=mg,FN′=

根據(jù)牛頓第三定律得知水平面受到的壓力FN=FN′=

2)設(shè)小球?qū)ψ烂媲『脽o壓力時(shí)角速度為ω0,即FN′=0

代入①②解得,ω0=

由于ω2=ω0,故小球離開桌面做勻速圓周運(yùn)動(dòng),則此時(shí)小球的受力如圖2.設(shè)繩子與豎直方向的夾角為α,則有

mgtanθ=mω22lsinα ③

mg=FT′cosα ④

聯(lián)立解得 FT′=4mg

答:

1)當(dāng)球以ω1=做圓錐擺運(yùn)動(dòng)時(shí),繩子張力FTmg,桌面受到壓力FN

2)當(dāng)球以角速度ω2=做圓錐擺運(yùn)動(dòng)時(shí),繩子的張力為4mg,桌面受到的壓力為零.

練習(xí)冊(cè)系列答案
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【題目】質(zhì)量為8×102kg的電動(dòng)車由靜止開始沿平直公路行駛,達(dá)到的最大速度為15m/s,利用傳感器測(cè)得此過程中不同時(shí)刻電動(dòng)車的牽引力F與對(duì)應(yīng)的速度v,并描繪出圖象(圖中AB、BO均為直線),假設(shè)電動(dòng)車行駛中所受的阻力恒定,則(  )

A. 在全過程中,電動(dòng)車在B點(diǎn)時(shí)速度最大

B. AB過程電動(dòng)車做勻變速運(yùn)動(dòng)

C. BC過程電動(dòng)車做減速運(yùn)動(dòng)

D. BC過程電動(dòng)車的牽引力功率變化

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【題目】奧地利極限運(yùn)動(dòng)員菲利克斯·鮑姆加特納乘氣球升至約39 km的高空后跳下,經(jīng)過4分20秒到達(dá)距地面約1.5 km高度處,打開降落傘并成功落地,打破了跳傘運(yùn)動(dòng)的多項(xiàng)世界紀(jì)錄.取重力加速度的大小g=10 m/s2

(1)若忽略空氣阻力,求該運(yùn)動(dòng)員從靜止開始下落至1.5 km高度處所需的時(shí)間及其在此處速度的大。

(2)實(shí)際上,物體在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)受到空氣的阻力,高速運(yùn)動(dòng)時(shí)所受阻力的大小可近似表示為f=kv2,其中v為速率,k為阻力系數(shù),其數(shù)值與物體的形狀、橫截面積及空氣密度有關(guān).已知該運(yùn)動(dòng)員在某段時(shí)間內(nèi)高速下落的v-t圖象如圖所示.若該運(yùn)動(dòng)員和所帶裝備的總質(zhì)量m=100 kg,試估算該運(yùn)動(dòng)員在達(dá)到最大速度時(shí)所受阻力的阻力系數(shù).(結(jié)果保留1位有效數(shù)字)

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【題目】如圖所示,一質(zhì)量為mB=2kg的木板B靜止在光滑的水平面上,其右端上表面緊靠一固定斜面軌道的底端(斜面底端與木板B右端的上表面之間由一段小圓弧平滑連接),軌道與水平面的夾角θ=37°。一質(zhì)量也為mA=2kg的物塊A由斜面軌道上距軌道底端x0=8m處靜止釋放,物塊A剛好沒有從木板B的左端滑出。已知物塊A與斜面軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ1=0.25,與木板B上表面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ2=0.2,sinθ=0.6,cosθ=0.8,g10m/s2,物塊A可看作質(zhì)點(diǎn)。請(qǐng)問:

(1)物塊A剛滑上木板B時(shí)的速度為多大?

(2)物塊A從剛滑上木板B到相對(duì)木板B靜止共經(jīng)歷了多長(zhǎng)時(shí)間?

(3)木板B有多長(zhǎng)?

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【題目】如圖所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向豎直向下,磁場(chǎng)中有光滑的水平桌面,在桌面上平放著內(nèi)壁光滑、底部有帶電小球的試管,試管在水平拉力F作用下向右勻速運(yùn)動(dòng),帶電小球能從管口處飛出.關(guān)于帶電小球及其在離開試管前的運(yùn)動(dòng),下列說法中不正確的是:

A. 小球帶正電

B. 試管對(duì)小球做正功

C. 小球運(yùn)動(dòng)的軌跡是一條拋物線

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B. a點(diǎn)和b點(diǎn)位于同一高度

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【題目】如圖所示,在豎直平面內(nèi)有一固定光滑軌道,其中AB是長(zhǎng)為x=10 m的水平直軌道,BCD是圓心為O、半徑為R=10 m的圓弧軌道,兩軌道相切于B點(diǎn).在外力作用下,一小球從A點(diǎn)由靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng),到達(dá)B點(diǎn)時(shí)撤除外力.已知小球剛好能沿圓軌道經(jīng)過最高點(diǎn)C,重力加速度為g=10 m/s2.求:

(1)小球在AB段運(yùn)動(dòng)的加速度的大小;

(2)小球從D點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)所用的時(shí)間.(結(jié)果可用根式表示)

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