圆周运动的临界问题Word文档格式.docx
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(当v>
时,绳对球产生拉力,轨道对球产生压力)
(3)不能过最高点条件:
v<
(实际上球还没有到最高点时,就脱离了轨道)
2.“杆模型”如图6-11-2所示,小球在竖直平面内做圆周运动过最高点情况
轻杆和细线不同,轻杆对小球既能产生拉力,又能产生推力。
)
(1)小球能最高点的临界条件:
v=0,F=mg(F为支持力)
(2)当0<
v<
时,F随v增大而减小,且mg>
F>
0(F为支持力)
(3)当v=时,F=0
(4)当v>
时,F随v增大而增大,且F>
0(F为拉力)
注意:
管壁支撑情况与杆一样。
杆与绳不同,杆对球既能产生拉力,也能对球产生支持力.
由于两种模型过最高点的临界条件不同,所以在分析问题时首先明确是哪种模型,然后再利用条件讨论.
(3)拱桥模型
如图所示,此模型与杆模型类似,但因可以离开支持面,在最高点当物体速度达v=时,FN=0,物体将飞离最高点做平抛运动。
若是从半圆顶点飞出,则水平位移为s=R。
【典型题目】
竖直平面内作圆周运动的临界问题
(1)绳模型
1、如图6-11-5所示,细线的一端有一个小球,现给小球一初速度,使小球绕细线另一端O在竖直平面内转动,不计空气阻力,用F表示球到达最高点时细线对小球的作用力,则F可能()
A.是拉力B.是推力
C.等于零D.可能是拉力,可能是推力,也可能等于零
2、如图,质量为0.5kg的小杯里盛有1kg的水,用绳子系住小杯在竖直
平面内做“水流星”表演,转动半径为1m,小杯通过最高点的速度为4m/s,g取
10m/s2,求:
(1)在最高点时,绳的拉力?
(2)在最高点时水对小杯底的压力?
(3)为使小杯经过最高点时水不流出,在最高点时最小速率是多少?
(2)杆模型
1、长度为L=0.5m的轻质细杆OA,A端有一质量为m=3.0kg的小球,如图所示,小球以O点为圆心在竖直平面内做圆周运动,通过最高点时小球的速率是2.0m/s,g取10m/s2,则此时细杆OA受到( )
2、如图所示,小球m在竖直放置的光滑圆形管道内做圆周运动,下列说法中正确的有:
A.小球通过最高点的最小速度为
B.小球通过最高点的最小速度为零
C.小球在水平线ab以下管道中运动时,外侧管壁对小球一定有作用力
D.小球在水平线ab以上管道中运动时,内侧管壁对小球一定有作用力
3、在质量为M的电动机的飞轮上,固定着一个质量为m的重物,重物到转轴的距离为r,如图所示,为了使放在地面上的电动机不会跳起,电动机飞轮的角速度不能超过()
A.B.C.D.
(3)拱桥模型
1、如图4-3-1所示,汽车车厢顶部悬挂一个轻质弹簧,弹簧下端拴一个质量为m的小球,当汽车以某一速率在水平地面上匀速行驶时弹簧长度为L1;
当汽车以同一速度匀速率通过一个桥面为圆弧形凸形桥的最高点时,弹簧长度为L2,下列答案中正确的是( )
A.L1=L2B.L1>
L2
C.L1<
L2D.前三种情况均有可能
2、半径为R的光滑半圆球固定在水平面上,顶部有一小物体,如图所示。
今给小物体一个水平初速度,则小物体将()
A.沿球面下滑至M点
B.先沿球面下滑至某点N,然后便离开斜面做斜下抛运动
C.按半径大于R的新的圆弧轨道做圆周运动
3、汽车通过拱桥颗顶点的速度为10m/s时,车对桥的压力为车重的。
如果使汽车驶至桥顶时对桥恰无压力,则汽车的速度为( )
A、15m/sB、20m/sC、25m/sD、30m/s
在水平面上做圆周运动的物体,当角速度ω变化时,物体有远离或向着圆心运动的(半径有变化)趋势。
这时,要根据物体的受力情况,判断物体受某个力是否存在以及这个力存在时方向朝哪(特别是一些接触力,如静摩擦力、绳的拉力等)。
1、火车转弯做圆周运动,如果外轨和内轨一样高,火车能匀速通过弯道做圆周运动,下列说法中正确的是()
Ø
2、如图所示,光滑的水平圆盘中心O处有一个小孔,用细绳穿过小孔,绳两端各系一个小球A和B,两球质量相等,圆盘上的A球做半径为r=20cm的匀速圆周运动,要使B球保持静止状态,求A球的角速度ω应是多大?
3、冰面对溜冰运动员的最大摩擦力为运动员重力的k倍,在水平冰面上沿半径为R的圆周滑行的运动员,若依靠摩擦力充当向心力,其安全速度为()
A、B、C、D、
4、如图所示,物块在水平圆盘上,与圆盘一起绕固定轴飞速转动,下列说法中正确的是( )
A.物块处于平衡状态
B.物块受三个力作用
C.在角速度一定时,物块到转轴的距离越远,物块越不容易脱离圆盘
D.在物块到转轴距离一定时,物块运动周期越小,越不容易脱离圆盘
5、在一个水平转台上放有A、B、C三个物体,它们跟台面间的摩擦因数相同.A的质量为2m,B、C各为m.A、B离转轴均为r,C为2r.则()
A.若A、B、C三物体随转台一起转动未发生滑动,A、C的向心加速度比B大
B.若A、B、C三物体随转台一起转动未发生滑动,B所受的静摩擦力最小
C.当转台转速增加时,C最先发生滑动
D.当转台转速继续增加时,A比B先滑动
6、如图所示,在水平转台上放有A、B两个小物块,它们距离轴心O分别为rA=0.2m,rB=0.3m,它们与台面间相互作用的静摩擦力的最大值为其重力的0.4倍,g取10m/s2,
(1)当转台转动时,要使两物块都不发生相对于台面的滑动,求转台转动的角速度的范围;
(2)要使两物块都对台面发生滑动,求转台转动角速度应满足的条件。
7、如图所示,水平转盘上放有质量为m的物块,当物块到转轴的距离为r时,连接物块和转轴的绳刚好被拉直(绳上张力为零)。
物体和转盘间最大静摩擦力是其下压力的μ倍。
求:
⑴当转盘角速度ω1=时,细绳的拉力T1。
⑵当转盘角速度ω2=时,细绳的拉力T2。
8、一圆盘可以绕其竖直轴在图2所示水平面内转动,圆盘半径为R。
甲、乙物体质量分别是M和m(M>
m),它们与圆盘之间的最大静摩擦力均为正压力的倍,两物体用一根长为的轻绳连在一起。
若将甲物体放在转轴位置上,甲、乙之间连线刚好沿半径方向被拉直,要使两物体与圆盘间不发生相对滑动,则转盘旋转角速度的最大值不得超过(两物体均看作质点)()
A.B.
C.D.
9、用一根细绳,一端系住一个质量为m的小球,另一端悬在光滑水平桌面上方h处,绳长l大于h,使小球在桌面上做匀速圆周运动.求若使小球不离开桌面,其转速最大值是( )
A.B.C.D.
10、如图所示,在光滑的圆锥顶用长为L的细线悬挂一质量为m的小球,圆锥顶角为2θ,若要小球离开锥面,则小球的角速度至少为多少?
11、如图所示,两绳系一质量为m=0.1kg的小球,上面绳长L=2m,两端都拉直时与轴的夹角分别为30°
与45°
,问球的角速度在什么范围内,两绳始终张紧,当角速度为3rad/s时,上、下两绳拉力分别为多大?
【强化训练】
1、如图一个质量为M的小球与一根质量为m的弹簧相连,且以角速度ω、绕轴00’在光滑水平而上转动,此时,小球到转轴的距离为L。
某时刻,在A处剪断弹簧,则下列关于这一瞬间小球加速度的判断正确的是()
2、如图所示,木板B托着木块A一起在竖直平面内做匀速圆周运动,从水平位置a到最低点b的过程中( )
A.B对A的支持力越来越大
B.B对A的支持力越来越小
C.B对A的摩擦力越来越大
D.B对A的摩擦力越来越小
3、如右图所示光滑管形圆轨道半径为R(管径远小于R),小球a、b大小相同,质量均为m,其直径略小于管径,能在管中无摩擦运动.两球先后以相同速度v通过轨道最低点,且当小球a在最低点时,小球b在最高点,以下说法正确的是( )
A.当小球b在最高点对轨道无压力时,小球a比小球b所需向心力大5mg
B.当v=时,小球b在轨道最高点对轨道无压力
C.速度v至少为,才能使两球在管内做圆周运动
D.只要v≥,小球a对轨道最低点的压力比小球b对轨道最高点的压力都大6mg
4、如图所示,一个小球在竖直环内至少能做()次完整的圆周运动,当它第()次经过环的最低点时的速度大小为,第次经过环的最低点时速度大小为,则小球第()次经过环的最低点时的速度的大小一定满足()
A.等于B.小于
C.等于D.大于
5、质量为m的小球用绳子系住在竖直平面内作圆周运动,则小球运动到最低点和最高点时绳子所受拉力大小之差为______.
答案:
6mg
6、如图所示,在倾角为θ的光滑斜面上,有一长为l的细线,细线的一端固定在O点,另一端拴一质量为m的小球,现使小球恰好能在斜面上做完整的圆周运动,已知O点到斜面底边的距离Soc=L,则小球通过最高点A时的速度表达式vA=;
小球通过最低点B时,细线对小球拉力表达式TB=;
若小球运动到A点或B点时剪断细线,小球滑落到斜面底边时到C点的距离相等,则l和L应满足的关系式是.
;
;
.
7、如图所示,在匀速转动的水平圆盘上,沿半径方向放置两个用细线相连的质量均为m的小物体A、B,它们到转轴的距离分别为rA=20cm,rB=30cm,A、B与盘面间最大静摩擦力均为重力的0.4倍,试求:
(1)当细线上开始出现张力时,圆盘的角速度ω0.
(2)当A开始滑动时,圆盘的角速度ω.
(3)当A即将滑动时,烧断细线,A、B运动状态如何?
(g取10m/s2)
8、现有A、B两球质量分别为m1与m2,用一劲度系数为k的弹簧相连,一长为l1的细线与m1相连,置于水平光滑桌面上,细线的另一端拴在竖直轴OO′上,如图所示。
当m1与m2均以角速度ω绕OO′做匀速圆周运动时,弹簧长度为l2,求:
(1)此时弹簧伸长量;
(2)绳子张力;
(3)将线突然烧断瞬间A球的加速度大小。
Key:
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