题目内容

18.有一种叫做“魔盘”的娱乐设施,如图所示,当“魔盘”转动得很慢时,盘上的人都可以随“魔盘”一起转动而不至于被甩开,当“魔盘”的转速增大时,盘上的人逐渐向边缘滑去,离转动中心越远的人,这种滑动的趋势越厉害.设“魔盘”转速为6r/min,一个体重为30kg的小孩坐在距离轴心1m处(盘半径大于1m)随“魔盘”一起转动(没有滑动).问:
(1)小孩需要的向心力是由什么力提供的?这个向心力是多少?
(2)假设人与“魔盘”间的动摩擦因数μ=0.2,要使离轴心1m处的小孩不发生滑动,“魔盘”转动的最大角速度为多少?(取人与“魔盘”间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力)

分析 (1)小孩随着圆盘一起做圆周运动,合外力提供向心力,再结合向心力公式即可解答;
(2)当小孩的静摩擦力达到最大静摩擦力时,角速度最大,根据向心力公式求解即可.

解答 解:(1)6r/min=0.2πrad/s,由向心力公式,则有F=mω2r=30×0.2π2×1N=11.8N 这个向心力是由盘对小孩的静摩擦力提供的.
(2)当小孩的静摩擦力达到最大静摩擦力时,角速度最大,则有:
μmg=mω′2r
解得:ω′=$\sqrt{2}rad/s$
答:(1)小孩需要的向心力是由盘对小孩的静摩擦力提供的,这个向心力是11.8N;
(2)假设人与“魔盘”间的动摩擦因数μ=0.2,要使离轴心1m处的小孩不发生滑动,“魔盘”转动的最大角速度为$\sqrt{2}rad/s$.

点评 本题主要考查了匀速圆周运动向心力公式的直接应用,要求同学们能正确分析小孩的受力情况,知道向心力的来源,难度适中.

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