题目内容
“太极球”是近年来在广大市民中较流行的一种健身器材。做该项运动时,健身者半马步站立,手持太极球拍,拍上放一橡胶太极球,健身者舞动球拍时,球却不会掉落到地上。现将太极球简化成如图所示的平板和小球,熟练的健身者让球在竖直面内始终不脱离板而做匀速圆周运动,且在运动到图中的A、B、C、D位置时球与板间无相对运动趋势。A为圆周的最高点,C为最低点,B、D与圆心O等高。设球的重力为1N,不计拍的重力,求:
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(1)健身者在C处所需施加的力比在A处大多少?
(2)设在A处时健身者需施加的力为F,当球运动到B、D位置时,板与水平方向需有一定的夹角θ,请作出tanθ-F的关系图象。
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(1)2N (2)见解析图
[解析] (1)球在A、C两处受力如图(1)所示,设球运动的线速度为v,半径为R,
则在A处时,F+mg=m![]()
在C处时,F′-mg=m
。
由①②式得,ΔF=F′-F=2mg=2N
(2)在B处不受摩擦力作用,受力分析如图(2)所示,则tanθ=
=
=F+1
tanθ-F关系如图(3)所示。
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