题目内容

7.如图所示,一根细线下端拴一个金属小球P,细线的上端固定在金属块Q上,Q放在带小孔的水平桌面上.小球在某一水平面内做匀速圆周运动(圆锥摆).现使小球改到一个更高一些的水平面上做匀速圆周运动(图上未画出),两次金属块Q都保持在桌面上静止.则后一种情况与原来相比较,下列说法中正确的是(  )
A.Q受到桌面的支持力增加B.Q受到桌面的静摩擦力不变
C.小球P运动的角速度变小D.小球P运动的周期变小

分析 金属块Q保持在桌面上静止,根据平衡条件分析所受桌面的支持力是否变化.以P为研究对象,根据牛顿第二定律分析细线的拉力的变化,判断Q受到桌面的静摩擦力的变化.由向心力知识得出小球P运动的角速度、加速度与细线与竖直方向夹角的关系,再判断其变化.

解答 解:设细线与竖直方向的夹角为θ,细线的拉力大小为T,细线的长度为L.P球做匀速圆周运动时,由重力和细线的拉力的合力提供向心力,如图,则有:T=$\frac{mg}{cosθ}$…①
mgtanθ=mω2Lsinθ=ma…②
A、Q受到重力、支持力绳子的拉力和桌面的支持力、摩擦力的作用,在竖直方向上:
Mg+Tcosθ=FN…③
联立①③可得:FN=Mg+mg,与小球的高度、绳子与竖直方向之间的夹角都无关,保持不变.故A错误;
B、由②得角速度ω=$\sqrt{\frac{g}{Lcosθ}}$,向心加速度a=gtanθ,使小球改到一个更高一些的水平面上作匀速圆周运动时,θ增大,cosθ减小,tanθ增大,则得到细线拉力T增大,角速度增大向心加速度增大.对Q球,由平衡条件得知,Q受到桌面的静摩擦力变大,故BC错误;
D、小球的角速度增大,根据:T=$\frac{2π}{ω}$可知,小球的周期将减小.故D正确.
故选:D

点评 本题中一个物体静止,一个物体做匀速圆周运动,分别根据平衡条件和牛顿第二定律研究,分析受力情况是关键.

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