题目内容

1.如图所示:一轴竖直的锥形漏斗,内壁光滑,内壁上有两个质量不相同的小球A、B各自在不同的水平面内做匀速圆周运动,已知mA<mB,则下列关系正确的有(  )
A.线速度vA<vBB.角速度ωAB
C.向心加速度aA=aBD.小球对漏斗的压力NA>NB

分析 小球做匀速圆周运动,因此合外力提供向心力,对物体正确进行受力分析,然后根据向心力公式列方程求解即可.

解答 解:A、设漏斗内壁母线与水平方向的夹角为θ.以任意一个小球为研究对象,分析受力情况:重力mg和漏斗内壁的支持力N,它们的合力提供向心力,如图,

则根据牛顿第二定律得
mgtanθ=m$\frac{{v}^{2}}{r}$,得到v=$\sqrt{grtanθ}$,θ一定,则v与$\sqrt{r}$成正比,A球的圆周运动半径大于B球的圆周运动,所以vA>vB,故A错误;
B、角速度ω=$\frac{v}{r}$=$\sqrt{\frac{gtanθ}{r}}$,则角速度ω与$\sqrt{r}$成反比,A球的圆周运动半径大于B球的圆周运动,所以角速度ωA<ωB,故B错误;
C、向心加速度a=$\frac{{F}_{n}}{m}=\frac{mgtanθ}{m}=gtanθ$,与半径r无关,故aA=aB,故C正确;
D、由图可得漏斗内壁的支持力N=$\frac{mg}{cosθ}$,θ相同,则mA<mB,则NA<NB,故D错误;
故选:C

点评 解决这类圆周运动问题的关键是对物体正确受力分析,根据向心力公式列方程进行讨论,注意各种向心加速度表达式的应用.

练习册系列答案
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3.某同学利用如图1所示的装置测量当地的重力加速度.实验步骤如下:
A.按装置图安装好实验装置;
B.用游标卡尺测量小球的直径d;
C.用米尺测量悬线的长度l;
D.让小球在竖直平面内小角度摆动.当小球经过最低点时开始计时,并计数为0,此后小球每经过最低点一次,依次计数1、2、3、….当数到20时,停止计时,测得时间为t;
E.多次改变悬线长度,对应每个悬线长度,都重复实验步骤C、D;
F.计算出每个悬线长度对应的t2
G.以t2为纵坐标、l为横坐标,作出t2-l图线.

结合上述实验,完成下列题目:
①用游标为10分度(测量值可准确到0.1mm)的卡尺测量小球的直径,某次测量的示数如图2所示,读出小球直径d的值为1.52cm.
②该同学根据实验数据,利用计算机作出图线t2-l如图3所示,根据图线拟合得到方程t2=404.0l+3.0.设t2-l图象的斜率为k,由此可以得出当地的重力加速度的表达式g=$\frac{400{π}^{2}}{k}$,其值为9.76m/s2 (取π2=9.86,结果保留3位有效数字).
③从理论上分析图线没有过坐标原点的原因,下列分析正确的是D
A.不应在小球经过最低点时开始计时,应该在小球运动到最高点时开始计时
B.开始计时后,不应记录小球经过最低点的次数,而应记录小球做全振动的次数
C.不应作t2-l图线,而应作t2-(l-$\frac{1}{2}$d)图线
D.不应作t2-l图线,而应作t2-(l+$\frac{1}{2}$d)图线.

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