题目内容

15.在水平转台上开有一小孔O,一根轻绳穿过小孔,一端拴一小物体A,另一端连接到拉力传感器,O与A物间的距离为0.2m,如图甲所示.设转台旋转的角速度为ω,转动过程中物体A始终与转台相对静止,物体A受到的最大静摩擦力与滑动摩擦力相等,现测得转台以不同的角速度匀速转动时拉力传感器的读数F与对应的ω2图象如图乙所示.求:

(1 )当转台以角速度ω═3rad/s旋转时,物体A的向心加速度的大小.
(2)物体A的质量和物体与转台之间的动摩擦因素.

分析 (1)根据公式Fn=ω2r求A的向心加速度的大小.
(2)当A所受的静摩擦力达到最大值时,A有向外运动的趋势,绳子才有拉力,根据牛顿第二定律得到拉力F的表达式,结合图象的信息求解.

解答 解:(1)当转台以角速度ω═3rad/s旋转时,物体A的向心加速度的大小 Fn=ω2r=32×0.2=1.8m/s2.
(2)当A所受的静摩擦力达到最大值时,A有向外运动的趋势,绳子才有拉力,根据牛顿第二定律得:
   F+μmg=mω2r
则得 F=mrω2-μmg
由数学知识可得,F-ω2图象的斜率等于mr,即有 mr=k=$\frac{0.2}{20-10}$,解得 m=0.1kg
由图知 F=0时,ω2=10(rad/s)2;
当F=0时,由F=mrω2-μmg得:μ=$\frac{rω{\;}^{2}}{g}$=$\frac{0.2×10}{10}$=0.2
答:
(1)当转台以角速度ω═3rad/s旋转时,物体A的向心加速度的大小是1.8m/s2.
(2)物体A的质量是0.1kg,物体与转台之间的动摩擦因素是0.2.

点评 解决本题的关键搞清圆周运动向心力的来源,运用牛顿第二定律和向心力公式得出F的表达式,再研究图象的物理意义.

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