高中物理探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系计算题

一个有一定厚度的圆盘，可以绕通过中心垂直于盘面的水平轴转动，圆盘加速转动时，角速度的增加量△ω与对应时间△t的比值定义为角加速度β。我们用电磁打点计时器、米尺、游标卡尺、纸带、复写纸来完成下述实验：（打点计时器所接交流电的频率为50Hz，A、B、C、D…为计数点，相邻两计数点间有四个点未画出）

①如图甲所示，将打点计时器固定在桌面上，将纸带的一端穿过打点计时器的限位孔，然后固定在圆盘的侧面，当圆盘转动时，纸带可以卷在圆盘侧面上；
②接通电源，打点计时器开始打点，启动控制装置使圆盘匀加速转动；
③经过一段时间，圆盘停止转动和打点，取下纸带，进行测量。
（1）用20分度的游标卡尺测得圆盘的直径如图乙所示，圆盘的直径d为______cm；
（2）由图丙可知，打下计数点D时，圆盘转动的角速度为______rad/s  （计算结果保留3位有效数字）
（3）圆盘转动的角加速度大小为______rad/s²。（计算结果保留3位有效数字）

如图所示，在竖直平面内固定的圆形绝缘轨道的圆心为O、半径为r、内壁光滑，A.B两点分别是圆轨道的最低点和最高点，该区域存在方向水平向右的匀强电场，一质量为m、带负电的小球在轨道内侧做完整的圆周运动，（电荷量不变）经过C点时速度最大，O、C连线与竖直方向的夹角，CD为直径，重力加速度为g，求

（1）小球所受到的电场力的大小
（2）小球在A点速度多大时，小球经过D点时对圆轨道的压力最小

如图所示，一质点沿半径R=20m的圆周自A点出发，顺时针方向运动了10s第一次到达B点．求：

（1）这一过程中质点的路程；
（2）这一过程中质点位移的大小和方向；
（3）这一过程中质点平均速度的大小．

如图所示，是一种测定风力的仪器，P是质量为200g的金属球，固定在一根细长钢性的金属丝下端，当无风时金属球自然竖直下垂，有风时金属丝将偏离竖直方向，刻度盘上的角度就能反映出风力的大小。若某一时刻风从图示的水平方向吹向金属球P时，金属丝向左偏离竖直方向的角度θ=30°而处于静止状态。取g=10m/s²    则：

（1）此时风力和金属丝拉力分别有多大？
（2）有人说：“若角度变为2θ，则风力也变为原来的2倍”，你认为这个结论对不对？为什么？

如图所示，竖直平面内的半圆形轨道下端与水平面相切，B、C分别为半圆形轨道的最低点和最高点。小滑块（可视为质点）沿水平面向左滑动，经过A点时的速度v_A=6.0m/s。已知半圆形轨道光滑，半径R=0.40m，滑块与水平面间的动摩擦因数m =0.50，A、B两点间的距离l=1.10m。取重力加速度g=10m/s²。求：

（1）滑块运动到B点时速度的大小v_B；
（2）滑块运动到C点时速度的大小v_C；
（3）滑块从C点水平飞出后，落地点与B点间的距离x。

小明站在水平地面上，手握不可伸长的轻绳一端，绳的另一端系有质量为m的小球，甩动手腕，使球在竖直平面内做圆周运动，当球某次运动到最低点时，绳突然断掉。球飞行水平距离d后落地，如图所示，已知握绳的手离地面高度为d，手与球之间的绳长为，重力加速度为g。忽略手的运动半径和空气阻力。试求：

⑴球落地时的速度大小v₂；
⑵绳子能够承受的最大拉力为多大；
⑶如果不改变手离地面的高度，改变绳子的长度，使小球重复上述的运动。若绳子仍然在小球运动到最低点时断掉，要使小球抛出的水平距离最大，则绳子长度应为多少，小球的最大水平距离为多少?

光滑水平面上有一质量为M的滑块，滑块的左侧是一光滑的圆弧，圆弧半径为R=1m．一质量为m的小球以速度v₀向右运动冲上滑块．已知M=4m，g取10m/s²，若小球刚好没跃出圆弧的上端，求：

（1）小球的初速度v₀是多少？
（2）滑块获得的最大速度是多少？

如图所示，一人用一根长1m，只能承受46N拉力的绳子，拴着一质量为1kg的小球，在竖直平面内作圆周运动，已知圆心O离地面h＝6m。求：

（1）为使小球能在竖直平面内作完整的圆周运动，小球过最高点时的最小速度为多大？
（2）若在增加转动的速度使小球运动到最低点时绳子恰好断开，则绳子断时小球运动的线速度多大?
（3）绳断后，小球落地点与抛出点间的水平距离。（取＝10m/s²）

如图所示，半径=0.4m的光滑半圆环轨道处于竖直平面内，半圆环与粗糙的水平地面相切于圆环的端点A．一质量=0.1kg的小球，以初速度=8m/s在水平地面上向左作加速度=4m/s²的匀减速直线运动，运动4m后，冲上竖直半圆环，经过最高点B最后小球落在C点。取重力加速度=10m/s²。求：

（1）小球到达A点时速度大小；
（2）小球经过B点时对轨道的压力大小；
（3）A、C两点间的距离。

如图所示，在竖直向下的匀强电场中有一绝缘的光滑轨道，一个带负电的小球从斜轨上的A点由静止释放，沿轨道滑下，已知小球的质量为m，电荷量为－q，匀强电场的场强大小为E，斜轨道的倾角为α，圆轨道半径为R，小球的重力大于受的电场力．

(1)求小球沿轨道滑下的加速度的大小；
(2)若使小球通过圆轨道顶端的B点，求A点距水平地面的高度h至少为多大；

半径为R的绝缘光滑圆环固定在竖直平面内，环上套有一质量为m、带正电的珠子，空间存在水平向右的匀强电场，如图所示．珠子所受静电力是其重力的3/4倍，将珠子从环上最低位置A点由静止释放，求：

(1)珠子所能获得的最大动能是多少？
(2)珠子对圆环的最大压力是多少？

如图所示，空间存在着场强为E＝2.5×10² N/C、方向竖直向上的匀强电场，在电场内一长为L＝0.5 m的绝缘细线，一端固定在O点，另一端拴着质量为m＝0.5 kg、电荷量为q＝4×10^－2 C的小球．现将细线拉直到水平位置，使小球由静止释放，当小球运动到最高点时细线受到的拉力恰好达到它能承受的最大值而断裂．取g＝10 m/s².求：

(1)小球的电性；
(2)细线能承受的最大拉力；
(3)当细线断裂后，小球继续运动到与O点水平方向距离为L时(仍在匀强电场中)，小球距O点的高度．

如图所示，光滑斜面AB与光滑竖直圆弧轨道BCD在B点平滑连接，质量为m的小物块从斜面上A点由静止释放并滑下，经圆弧轨道最低点C后能沿轨道通过最高点D，此时对D点的压力恰好等于其重力。重力加速度为g，不计空气阻力。求：

（1）物块运动到最低点C时对轨道的压力大小；
（2）A、C的高度差h与圆弧轨道半径R的比值。

如图所示，竖直平面内的半圆形轨道下端与水平面相切，B、C分别为半圆形轨道的最低点和最高点。小滑块（可视为质点）沿水平面向左滑动，经过A点时的速度,恰好通过最高点C.已知半圆形轨道光滑，半径R=0.40m，滑块与水平面间的动摩擦因数m =0.50，A、B两点间的距离L=1.30m。取重力加速度g=10m/s²。求：

（1）滑块运动到A点时速度的大小
（2）滑块从C点水平飞出后，落地点与B点间的距离x。

一同学骑自行车在水平公路上以5 m/s的恒定速率转弯，已知人和车的总质量m＝80 kg，转弯的路径近似看成一段圆弧，圆弧半径R＝20m，求：
(1)人和车作为一个整体转弯时需要的向心力；
(2)若车胎和路面间的动摩擦因数μ＝0.5，为安全转弯，车速不能超过多少？(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10 m/s²)