题目内容

3.如图所示,在水平 圆盘上有一过圆心的光滑小槽,槽内有两根原长、劲度系数均相同的橡皮绳拉住一质量为m的小球,一条橡皮绳拴在O点,另一条拴在O′点,其中O为圆盘的中心,O′点在圆盘的边缘上,橡皮绳的劲度系数为k,原长为圆盘半径R的$\frac{1}{3}$,现使圆盘角速度由零缓慢增大,则(  )
A.ω=$\sqrt{\frac{k}{2m}}$时,OO′间橡皮绳处于原长B.ω=$\sqrt{\frac{k}{5m}}$时,小球距圆心距离为$\frac{5R}{9}$
C.ω=$\sqrt{\frac{3k}{5m}}$时,小球距圆心的距离为$\frac{5}{6}$RD.ω=$\sqrt{\frac{3k}{5m}}$时,OO1间橡皮绳的弹力为kR

分析 外侧橡皮绳无拉力时,靠内侧绳的拉力提供向心力,结合牛顿第二定律和胡克定律求出圆盘转动的角速度大小,当角速度小于此时角速度时,两橡皮绳均有拉力,根据向心力公式结合胡克定律求出小球距圆心距离,当角速度大于此时角速度时,右侧橡皮绳无拉力,根据向心力公式结合胡克定律求解即可.

解答 解:A、当圆盘的角速度为ω0时,外侧橡皮绳恰好无拉力,
则有:$k(\frac{2}{3}R-\frac{1}{3}R)=m\frac{2}{3}R{{ω}_{0}}^{2}$,
可得${ω}_{0}=\sqrt{\frac{k}{2m}}$,故A正确;
B、$\sqrt{\frac{k}{5m}}<\sqrt{\frac{k}{2m}}$,则两橡皮绳均有拉力,
设此时半径为r1,则有:$k({r}_{1}-\frac{1}{3}R)-k(R-{r}_{1}-\frac{1}{3}R)=m{r}_{1}{ω}^{2}$
解得:${r}_{1}=\frac{5R}{9}$,故B正确;
C、ω=$\sqrt{\frac{3k}{5m}}$$>\sqrt{\frac{k}{2m}}$,则右侧橡皮绳无拉力,
设此时半径为r2,则有:
$k({r}_{2}-\frac{1}{3}R)=m{r}_{2}{ω}^{2}$,
解得${r}_{2}=\frac{5}{6}R$,
此时OO1间橡皮绳的弹力为F=$k({r}_{2}-\frac{1}{3}R)=\frac{1}{2}kR$,故C正确,D错误.
故选:ABC

点评 解决本题的关键知道圆周运动向心力的来源,结合牛顿第二定律和胡克定律综合求解,难度中等.

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