如图(a)所示,A、B为钉在光滑水平面上的两根铁钉,小球C用细绳拴在铁钉B上(细绳能承受足够大的拉力),A、B、C在同一直线上。t=0时,给小球一个垂直于绳的速度,使小球绕着两根铁钉在水平面上做圆周运动。在0≤t≤10s时间内,细绳的拉力随时间变化的规律如图(b)所示,则下列说法中正确的有( )
A.两钉子间的距离为绳长的1/6
B.t=10.5s时细绳拉力的大小为6N
C.t=14s时细绳拉力的大小为10N
D.细绳第三次碰钉子到第四次碰钉子的时间间隔为3s
ABD
【解析】
试题分析:0~6s内绳子的拉力不变,知F1=m,6~10s内拉力大小不变,知F2=m
,因为F2=
F1,则l′=l,两钉子之间的间距△x=l−
l=
l.故A正确.第一个半圈经历的时间为6s,则
=6s,则第二个半圈的时间t′=
=
t=5s,则t=10.5s时,小球在转第二个半圈,则绳子的拉力为6N.故B正确.小球转第三个半圈的时间t″=
=
t=4s,则t=14s时,小球转动的半径r=
l,根据F=m
,则拉力变为原来的
倍,大小为7.5N.故C错误.细绳每跟钉子碰撞一次,转动半圈的时间少
t=1s,则细绳第三次碰钉子到第四次碰钉子的时间间隔△t═6 3×1=3s.故D正确.故选ABD
考点:圆周运动的规律;向心力。
向心力的定义:
在圆周运动中产生向心加速度的力。。
向心力的特性:
1、向心力
总是指向圆心,产生向心加速度,向心力只改变线速度的方向,不改变速度的大小,大小,方向总是指向圆心(与线速度方向垂直),方向时刻在变化,是一个变力。向心力可以由某个具体力提供,也可以由合力提供,还可以由分力提供。
2、轻绳模型
Ⅰ、轻绳模型的特点:
①轻绳的质量和重力不计;
②可以任意弯曲,伸长形变不计,只能产生和承受沿绳方向的拉力;
③轻绳拉力的变化不需要时间,具有突变性。
Ⅱ、轻绳模型在圆周运动中的应用
小球在绳的拉力作用下在竖直平面内做圆周运动的临界问题:
①临界条件:小球通过最高点,绳子对小球刚好没有力的作用,由重力提供向心力:
②小球能通过最高点的条件:(当时
,绳子对球产生拉力)
③不能通过最高点的条件:(实际上小球还没有到最高点时,就脱离了轨道)
3、轻杆模型:
Ⅰ、轻杆模型的特点:
①轻杆的质量和重力不计;
②任意方向的形变不计,只能产生和承受各方向的拉力和压力;
③轻杆拉力和压力的变化不需要时间,具有突变性。
Ⅱ、轻杆模型在圆周运动中的应用
轻杆的一端连着一个小球在竖直平面内做圆周运动,小球通过最高点时,轻杆对小球产生弹力的情况:
①小球能通过最高点的临界条件:(N为支持力)
②当时,有
(N为支持力)
③当时,有
(N=0)
④当时,有
(N为拉力)
知识点拨:
向心力是从力的作用效果来命名的,因为它产生指向圆心的加速度,所以称它为向心力。它不是具有确定性质的某种类型的力。相反,任何性质的力都可以作为向心力。实际上它可是某种性质的一个力,或某个力的分力,还可以是几个不同性质的力沿着半径指向圆心的合外力。对一个物体进行受力分析的时候,是不需要画向心力的,向心力是效果力。
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有一个惊险的杂技节目叫“飞车走壁”,杂技演员骑摩托车先在如图2所示的大型圆筒底部作速度较小半径较小的圆周运动,通过逐步加速,圆周运动半径亦逐步增大,最后能以较大的速度在垂直的壁上作匀速圆周运动,这时使车子和人整体作圆周运动的向心力是( )
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C.摩托车本身的动力 D.重力和摩擦力的合力