题目内容

【题目】如图所示,M是水平放置的半径足够大的圆盘,绕过其圆心的竖直轴匀速转动,规定经过圆心O点且水平向右为x轴正方向。在O点正上方距盘面高为h=5m处有一个可间断滴水的容器,从t=0时刻开始,容器沿水平轨道向x轴正方向做初速度为零的匀加速直线运动。已知t=0时刻滴下第一滴水,以后每当前一滴水刚好落到盘面时再滴下一滴水,每滴水下落时竖直方向的初速度为零,忽略空气阻力。(重力加速度g=10m/s2)

(1)每一滴水离开容器后经过多长时间滴落到盘面上?

(2)要使每一滴水在盘面上的落点都位于同一直线上,圆盘的角速度ω应为多大?

(3)当圆盘的角速度为1.5π时,第二滴水与第三滴水在盘面上落点间的距离为m,求容器的加速度大小。

【答案】(1)1s;(2),其中k=1、2、3……;(3)2m/s2

【解析】

(1)离开容器后,每一滴水在竖直方向上做自由落体运动,每一滴水滴落到盘面上所用时间

(2)要使每一滴水在盘面上的落点都位于同一直线,则圆盘在t秒内转过的弧度为,k为不为零的正整数,即有

得

,其中k=1、2、3……

(3)第二滴水离开O点的距离为

第三滴水离开O点的距离为

又

即第二滴水和第三滴水分别滴落在圆盘上x轴方向及垂直x轴的方向上,则

联立解得

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