题目内容
15.(1)若B球的质量是A球质量的4倍,A球的线速度应是多大;
(2)若A、B两球质量相等且水平圆盘表面粗糙,A与水平圆盘的最大静摩擦力为A球重量的0.2倍,求圆盘的角速度取值范围.
分析 (1)对B球受力分析,B处于平衡求得绳中拉力,再分析A球,绳对A的拉力提供A球圆周运动向心力,由此求得A的线速度大小;
(2)A与圆盘一起运动时,当最大静摩擦力与绳拉力方向相同时,向心力最大求得此时最大角速度,若最大静摩擦力与绳拉力方向相反时,此时向心力最小,由此求得最小角速度即得角速度的取值范围.
解答 解:(1)令A球的质量为m,则B球质量为4m,以B为研究对象知B处于平衡状态,对B分析可得,绳对B的拉力T=4mg,
因为是同一根绳,故绳对A的球的拉力亦为T′=4mg,
对A球分析可知,重力与支持力平衡,小球所受重力和支持力平衡,绳的拉力提供A球圆周运动向心力,故有:
$T′=m\frac{{v}^{2}}{r}$
所以A球的线速度$v=\sqrt{\frac{rT′}{m}}=\sqrt{\frac{0.1×4m×10}{m}}m/s=2m/s$;
(2)当AB两球质量相等时有绳对A球的拉力T″=mg,当A所受最大静摩擦力与绳拉力一定时,球A有最大角速度,据合力提供向心力有:
$T″+μmg=mr{ω}_{max}^{2}$
得A的最大角速度${ω}_{max}=\sqrt{\frac{T″+μmg}{mr}}=\sqrt{\frac{mg+0.2mg}{0.1m}}=\sqrt{120}rad/s$
同理,当A球所受最大静摩擦力与绳的拉力方向相反时,球A有最小角速度,据合力提供向心力有:
$T″-μmg=mr{ω}_{min}^{2}$
得A球的最小角速度${ω}_{min}=\sqrt{\frac{T″-μmg}{mr}}=\sqrt{\frac{mg-0.2mg}{0.1m}}=\sqrt{80}rad/s$
所以保持B球静止,A球角速度的取值范围为:
$\sqrt{80}rad/s≤ω≤\sqrt{120}rad/s$
答:(1)若B球的质量是A球质量的4倍,A球的线速度应是2m/s;
(2)若A、B两球质量相等且水平圆盘表面粗糙,A与水平圆盘的最大静摩擦力为A球重量的0.2倍,圆盘的角速度取值范围为$\sqrt{80}rad/s≤ω≤\sqrt{120}rad/s$.
点评 对B分析求得绳中拉力,再分析A球,由A球所受合力提供圆周运动向心力分析A球的运动情况,掌握向心力的来源是解决问题的关键.
| A. | R>R′ | B. | R<R′ | C. | R=R′ | D. | 无法判断 |
| A. | A点电势比B点高 | |
| B. | A、B两点的场强方向相同,A点场强比B点大 | |
| C. | A、B、C三点和无穷远处等电势 | |
| D. | 电子在B点电势能最小 |
| A. | φA=φB>φC | B. | EC>EB>EA | C. | UAB<UBC | D. | UAB=UBC |
| A. | RA:RB=4:1 VA:VB=1:2 | B. | RA:RB=4:1 VA:VB=2:1 | ||
| C. | RA:RB=1:4 VA:VB=2:1 | D. | RA:RB=1:4 VA:VB=1:2 |