在风洞实验室里,一根足够长的均匀直细杆与水平面成θ=37°固定,质量为m=1kg的小球穿在细杆上静止于细杆底端O,如图甲所示.开启送风装置,有水平向右的恒定风力F作用于小球上,在t1=2s时刻风停止.小球沿细杆运动的部分v-t图象如图乙所示,取g=10m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,忽略浮力.求:
(1)小球在0~2s内的加速度a1和2~5s内的加速度a2
(2)小球与细杆间的动摩擦因数μ和水平风力F的大小.
(1)小球在0~2s内的加速度15m/s2,方向沿杆向上;
2~5s内的加速度,方向沿杆向下.
(2)和
N.
【解析】(1) 取沿杆向上为正方向,由图象可知:
在0~2s内小球的加速度为:
m/s2,方向沿杆向上
在2~5s球的加速度为:
m/s2,负号表示方向沿杆向下.
(2)有风力时的上升过程,小球的受力情况如图甲所示
在y方向,由平衡条件得:
在x方向,由牛顿第二定律得:
停风后上升阶段,小球的受力情况如图乙所示
在y方向,由平衡条件得:
在x方向,由牛顿第二定律得:
联立以上各式可得:,
=50N
如图所示,用长为L的细绳拴住一个质量为m的小球,当小球在水平面内做匀速圆周运动时,细绳与竖直方向成θ角,求:
(1)细绳对小球的拉力;
(2)小球做匀速圆周运动的周期.
(1) ;(2)
【解析】(1)(2)对小球进行受力分析,并分解拉力F,由牛顿第二定律可知:
而由几何关系可知:解得:
,
如图所示,内壁光滑的空心细管弯成的轨道ABCD固定在竖直平面内,其中BCD段是半径R=0.25m的圆弧,C为轨道的最低点,CD为圆弧,AC的竖直高度差h=0.45m,在紧靠管道出口D处有一水平放置且绕其水平中心轴OO′匀速旋转的圆筒,圆筒直径d=0.15m,筒上开有小孔E,现有质量为m=0.1kg且可视为质点的小球由静止开始从管口A滑下,小球滑到管道出口D处时,恰好能从小孔E竖直进入圆筒,随后,小球由小孔E处竖直向上穿出圆筒,不计空气阻力,取g=10m/s2。求:
(1)小球到达C点时对管壁压力的大小和方向;
(2)圆筒转动的周期T的可能值。
(1)4.6N,方向竖直向下;(2)s(n=0,1,2,3,…)
【解析】(1)小球从A→C,由机械能守恒定律得
mgh=
小球C点处,根据牛顿第二定律有
解得
根据牛顿第三定律知小球到达C点时对管壁压力的大小为4.6N,方向竖直向下;
(2)小球从A→D,由机械能守恒定律得
mgh=mgR+
代入数据解得
vD=2m/s
小球由D点竖直上抛至刚穿出圆筒时,由位移公式得
d=vDt-gt2
解得
t1=0.1s和t2=0.3s(舍去)
小球能向上穿出圆筒所用时间满足
t=(2n+1)(n=0,1,2,3,…)
联立解得
T==
s(n=0,1,2,3,…)
如图所示,已知电灯的重力为G=10 N,AO绳与顶板间的夹角为θ=45°,BO绳水平.
(1)请按力的实际作用效果将OC绳对O点的拉力加以分解,并作出示意图.
(2)AO绳所受的拉力FT1和BO绳所受的拉力FT2分别为多少?
(1)如图所示:
(2)10N;10N
【解析】(1)OC绳的拉力产生了两个效果,一是沿着AO的方向向下拉紧AO的分力FT1,另一个是沿着BO绳的方向向左拉紧BO绳的分力FT2.画出平行四边形,如图所示.
(2)因为电灯处于静止状态,根据二力平衡的条件,可判断OC绳的拉力大小等于电灯的重力,因此由几何关系得
FT1==10
N
FT2==10 N
其方向分别为沿AO方向和BO方向.
某同学和你一起探究弹力和弹簧伸长的关系,并测弹簧的劲度系数k.做法是先将待测弹簧的一端固定在铁架台上,然后将最小刻度是毫米的刻度尺竖直放在弹簧一侧,并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上.当弹簧自然下垂时,指针指示的刻度数值记作L0,弹簧下端挂一个50 g的砝码时,指针指示的刻度数值记作L1;弹簧下端挂两个50 g的砝码时,指针指示的刻度数值记作L2;……;挂七个50 g的砝码时,指针指示的刻度数值记作L7.
(1)下表记录的是该同学已测出的6个值,其中有两个数值在记录时有误,它们的代表符号分别是____和____.
测量记录表:
(2)实验中,L3和L7两个值还没有测定,请你根据上图将这两个测量值填入记录表中____、____.
(3)为充分利用测量数据,该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差,分别计算出了三个差值:d1=L4-L0=6.90 cm,d2=L5-L1=6.90 cm,d3=L6-L2=7.00 cm.请你给出第四个差值:d4=____=_____cm.
(4)根据以上差值,可以求出每增加50 g砝码的弹簧平均伸长量ΔL.ΔL用d1、d2、d3、d4表示的式子为:ΔL1=___,代入数据解得ΔL=___cm.
(5)计算弹簧的劲度系数k=____N/m(g取9.8 m/s2).
(1). L5 (2). L6 (3). 6.85(6.84-6.86) (4). 14.05(14.04-14.06) (5). L7-L3 (6). 7.20(7.18-7.22) (7). (8). 1.75 (9). 28
【解析】(1)数时应估读一位,所以其中L5 、L6两个数值在记录时有效数字有误.
(2)根据实验数据,可得L3=6.85cm和L7=14.05cm.
(3)题中三组数据在寻求多挂4个砝码形成的长度差,故
d4=L7-L3=(14.05-6.85)cm=7.20cm
(4)每增加4个砝码弹簧的平均伸长量
=
则每增加一个砝码弹簧的平均伸长量
=
代入数据得=1.75cm
(5)由(3)(4)可知代入数据得:k==
N/m=28N/m
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