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如图所示,光滑直杆AB长为L,B端固定一根劲度系数为k原长为l0的轻弹簧,质量为...

如图所示,光滑直杆AB长为L,B端固定一根劲度系数为k原长为l0的轻弹簧,质量为m的小球套在光滑直杆上并与弹簧的上端连接,为过B点的竖直轴,杆与水平面间的夹角始终为θ.

(1)杆保持静止状态,让小球从弹簧的原长位置静止释放,求小球释放瞬间的加速度大小a及小球速度最大时弹簧的压缩量

(2)当小球随光滑直杆一起绕OO'轴匀速转动时,弹簧伸长量为,求匀速转动的角速度ω;

(3)若θ=30°,移去弹簧,当杆绕OO'轴以角速度匀速转动时,小球恰好在杆上某一位置随杆在水平面内匀速转动,求小球离B点的距离L0

 

(1) ; (2) (3) 【解析】 (1)小球从弹簧的原长位置静止释放时,根据牛顿第二定律有: 解得: 小球速度最大时其加速度为零,则有: 解得: , (2)设弹簧伸长时,球受力如图所示: 水平方向上有: 竖直方向上有: 解得:; (3)当杆绕轴以角速度匀速转动时,设小球距离B点, 此时有: 解得:.
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考点分析:
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用圆锥摆验证向心力的表达式实验中,如图甲所示,细绳的悬点刚好与一竖直放置的刻度尺零刻度线对齐.将画着几个同心圆的白纸置于水平桌面上,使钢球静止时刚好位于圆心.用手带动钢球,调整白纸的位置,设法使球刚好沿纸上某个半径为r的圆做圆周运动,钢球的质量为m,重力加速度为g.

(1).用秒表记录运动n圈的总时间为t,那么小球做圆周运动需要的向心力表达式为Fn=__________.

(2).通过刻度尺测得小球运动轨道平面距悬点的高度为h,那么小球做圆周运动中外力提供的向心力表达式为F=__________;

(3).改变小球做圆周运动的半径,多次实验,得到如图乙所示的关系图象为一直线时,可以达到粗略验证向心力表达式的目的,该图线的斜率表达式为k=__________.

 

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如图所示,光滑杆偏离竖直方向的夹角为α,杆以O为支点绕竖直线旋转,质量为m的小球套在杆上可沿杆滑动,当杆角速度为ω1时,小球旋转平面在A处,当杆角速度为ω2时,小球旋转平面在B处,设杆对小球的支持力在AB处分别为FN1FN2,则有(  )

A.FN1FN2 B.FN1>FN2 C.ω1<ω2 D.ω1>ω2

 

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如图所示,M能在水平光滑杆上自由滑动,滑杆连架装在转盘上.M用绳跨过在圆心处的光滑滑轮与另一质量为m的物体相连.当转盘以角速度ω转动时,M离轴距离为r,且恰能保持稳定转动.当转盘转速增至原来的2倍,调整r使之达到新的稳定转动状态,则滑块M(  )

A.所受向心力变为原来的4

B.线速度变为原来的

C.半径r变为原来的

D.M的角速度变为原来的

 

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如图所示,图甲为向心力演示器验证向心力公式的实验示意图,图乙为俯视图.图中A、B槽分别与a、b轮同轴固定,且a、b轮半径相同.当a、b两轮在皮带的传动下匀速转动.

(1)两槽转动的角速度______.(选填“>”“=”“<”=).

(2)现有两质量相同的钢球,①球放在A槽的边缘,②球放在B槽的边缘,它们到各自转轴的距离之比为.则钢球①②的线速度之比为______;受到的向心力之比为______

 

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为了探究物体做匀速圆周运动时,向心力与哪些因素有关?某同学进行了如下实验:

如图甲所示,绳子的一端拴一个小沙袋,绳上离小沙袋L处打一个绳结A,2L处打另一个绳结B.请一位同学帮助用秒表计时.如图乙所示,做了四次体验性操作.

操作1:手握绳结A,使沙袋在水平面内做匀速圆周运动,每秒运动1周.体验此时绳子拉力的大小.

操作2:手握绳结B,使沙袋在水平面内做匀速圆周运动,每秒运动1周.体验此时绳子拉力的大小.

操作3:手握绳结A,使沙袋在水平平面内做匀速圆周运动,每秒运动2周.体验此时绳子拉力的大小.

操作4:手握绳结A,增大沙袋的质量到原来的2倍,使沙袋在水平面内做匀速圆周运动,每秒运动1周.体验此时绳子拉力的大小.

(1)操作2与操作1中,体验到绳子拉力较大的是____

(2)操作3与操作1中,体验到绳子拉力较大的是____

(3)操作4与操作1中,体验到绳子拉力较大的是____

(4)总结以上四次体验性操作,可知物体做匀速圆周运动时,向心力大小与____有关.

A.半径          B.质量          C.周期          D.线速度的方向

(5)实验中,人体验到的绳子的拉力是否是沙袋做圆周运动的向心力____(“不是”)

 

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