题目内容

【题目】如图所示,是双人花样滑冰运动中男运员拉着女运动员做圆锥摆运动的精彩

场面,若女运动员做圆锥摆时和竖直方向的夹角约为θ,女运动员的质量为m,转动过

程中女运动员的重心做匀速圆周运动的半径为r,求:

(1)男运动员对女运动员的拉力大小

(2)两人转动的角速度。

(3)如果男、女运动员手拉手均作匀速圆周运动,已知两人质量比为2 : 1,求他们作匀速圆周运动的半径比。

【答案】(1)mg/cosθ (2) (3)1:2

【解析】(1)女运动员在竖直方向上平衡,有:Fcosθ=mg

解得 .

在水平方向上,根据mgtanθ=mrω2

解得

(2)男女两运动员向心力相等,角速度相等,根据m1r1ω2m2r2ω2

r1r2=m2m1=12

练习册系列答案
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【题目】香港迪士尼游乐园入口旁有一喷泉,在水泵作用下会从鲸鱼模型背部喷出竖直向上的水柱,将站在冲浪板上的米老鼠模型托起,稳定地悬停在空中,伴随着音乐旋律,米老鼠模型能够上下运动,引人驻足,如所示。这一景观可做如下简化,假设水柱以一定的速度从喷口竖直向上喷出,水柱的流量为Q流量定义:在单位时间内向上通过水柱横截面的水的体积,设同一高度水柱横截面上各处水的速率都相同,冲浪板底部为平板且其面积大于水柱的横截面积,保证所有水都能喷到冲浪板的底部。水柱冲击冲浪板前其水平方向的速度可忽略不计,冲击冲浪板后,水在竖直方向的速度立即变为零,在水平方向朝四周均匀散开。已知米老鼠模型和冲浪板的总质量为M,水的密度为ρ,重力加速度大小为g,空气阻力及水的粘滞阻力均可忽略不计。

1求喷泉单位时间内喷出的水的质量;

2由于水柱顶部的水与冲浪板相互作用的时间很短,因此在分析水对冲浪板的作用力时可忽略这部分水所受的重力。试计算米老鼠模型在空中悬停时,水到达冲浪板底部的速度大小;

3要使米老鼠模型在空中悬停的高度发生变化,需调整水泵对水做功的功率。水泵对水做功的功率定义为单位时间内从喷口喷出的水的动能。请根据第2问中的计算结果,推导冲浪板底部距离喷口的高度h与水泵对水做功的功率P0之间的关系式。

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