题目内容

【题目】如图所示,有一内壁光滑的试管装有质量为1 g的小球,试管的开口端封闭后安装在水平轴O上,转动轴到管底小球的距离为5 cm,让试管在竖直平面内做匀速转动。问:

(1)转动轴达某一转速时,试管底部受到小球的压力的最大值为最小值的3倍,此时角速度多大?

(2)当转速ω=10 rad/s时,管底对小球的作用力的最大值和最小值各是多少?(g取10 m/s2

【答案】(1)20 rad/ s (2)最小值F1=0;最大值F2=1.5×10-2 N

【解析】

试题分析:(1)转至最低点时,小球对管底压力最大;转至最高点时,小球对管底压力最小,最低点时管底对小球的支持力F1应是最高点时管底对小球支持力F2的3倍,即

根据牛顿第二定律有

最低点: ②(2分)

最高点: ③(2分)

由①②③得 ④(2分)

(2)在最高点时,设小球不掉下来的最小角速度为ω0

(2分)

因为,故管底转到最高点时,小球已离开管底,因此管底对小球作用力的最小值为 (2分)

当转到最低点时,管底对小球的作用力最大为F2

根据牛顿第二定律知

,则 (2分)

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