一道高一物理题
在倾角为α=30度的光滑斜面顶点处固定一原长L0=0.2m的轻弹簧,弹簧另一端与放在光滑斜面体上质量m=2kg的物体C相连后,弹簧长度变为L1=0.25m。当斜面连同物体...
在倾角为α=30度的光滑斜面顶点处固定一原长L0=0.2m的轻弹簧,弹簧另一端与放在光滑斜面体上质量m=2kg的物体C相连后,弹簧长度变为L1=0.25m。当斜面连同物体C一起绕竖直轴AB转动时,求:
(1)转速n=60r/min时弹簧的长度是多少?
(2)转速为多少时,物体C对斜面无压力?(g取10m/s^2)
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(1)转速n=60r/min时弹簧的长度是多少?
(2)转速为多少时,物体C对斜面无压力?(g取10m/s^2)
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3个回答
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解:由题意,首先计算弹簧倔强系数,F=kx,k=F/x,由图可知,F=G*sin30=2*10/2=10N,x=L1-L=0.25-0.2=0.05m,则k=10/0.05=200N/m;
(1)设此时弹簧长度为L2,角速度w=n*2π=60r/min*2π=1r/s*2π=2π rad/s,则此时向心力F2=mw^2*r=mw^2*L2*cos30=mw^2*L2*√3/2=2*4π^2*L2*√3/2=4π^2*L2*√3 N,向心力是弹簧拉力增量的分力,F2=Ft*cos30=k*x2*cos30,(Ft弹簧增力,x2弹簧伸长量),又L2=L1+x2,方程联立,k*x2*cos30=4π^2*√3*(L1+x2),则x2=4π^2*L1/(k*cos30-4π^2*√3)=4π^2*0.25/(200*cos30-4π^2*√3)=0.094m
则L2=0.25+0.094=0.344m,即转速n=60r/min时弹簧的长度是0.344m;
(2)由题意受力分析,此时物体C只受弹簧拉力和重力,弹簧拉力的水平分力提供离心力,弹簧拉力的竖直分力与重力平衡,从而离心力和重力的关系为F0=G*cot30=√3*G=2*10*√3 N,弹簧拉力Ft0=2G=40 N,弹簧长度为L0=40/200+0.25=0.45m,转动半径为r0=L0*cos30,F0=mw0^2*r0=m*L0*cos30*w0^2,从而m*L0*cos30*w0^2=2*10*√3,
w0^2=20/0.45=40/9,w0=20/3=6.67r/s=400.2r/min
即转速为400.2r/min时,物体C对斜面无压力。
(1)设此时弹簧长度为L2,角速度w=n*2π=60r/min*2π=1r/s*2π=2π rad/s,则此时向心力F2=mw^2*r=mw^2*L2*cos30=mw^2*L2*√3/2=2*4π^2*L2*√3/2=4π^2*L2*√3 N,向心力是弹簧拉力增量的分力,F2=Ft*cos30=k*x2*cos30,(Ft弹簧增力,x2弹簧伸长量),又L2=L1+x2,方程联立,k*x2*cos30=4π^2*√3*(L1+x2),则x2=4π^2*L1/(k*cos30-4π^2*√3)=4π^2*0.25/(200*cos30-4π^2*√3)=0.094m
则L2=0.25+0.094=0.344m,即转速n=60r/min时弹簧的长度是0.344m;
(2)由题意受力分析,此时物体C只受弹簧拉力和重力,弹簧拉力的水平分力提供离心力,弹簧拉力的竖直分力与重力平衡,从而离心力和重力的关系为F0=G*cot30=√3*G=2*10*√3 N,弹簧拉力Ft0=2G=40 N,弹簧长度为L0=40/200+0.25=0.45m,转动半径为r0=L0*cos30,F0=mw0^2*r0=m*L0*cos30*w0^2,从而m*L0*cos30*w0^2=2*10*√3,
w0^2=20/0.45=40/9,w0=20/3=6.67r/s=400.2r/min
即转速为400.2r/min时,物体C对斜面无压力。
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在倾角为α=30度的光滑斜面顶点处固定一原长L0=0.2m的轻弹簧,弹簧另一端与放在光滑斜面体上质量m=2kg的物体C相连后,弹簧长度变为L1=0.25m。当斜面连同物体C一起绕竖直轴AB转动时,求:
(1)转速n=60r/min时弹簧的长度是多少?
解:由胡克定律F=kx,可得弹簧的劲度系数,k=F/x,根据题意可得,
mgsin30=k×x 那么k=2×10×1/2÷(0.25-0.2)=200N/m
当斜面连同物体C一起绕竖直轴AB转动时,物体在做以弹簧长度为半径的
匀速圆周运动,设此时的弹簧长度是L,对于该物体,由牛顿第二定律得
k(L-L0)-mgsinα=mv²/L
代入数据得,200×(L-0.2)-10=2/L
解得 L=0.28(m)
那么当转速n=60r/min时弹簧的长度是0.28米 。
(2)转速为多少时,物体C对斜面无压力?(g取10m/s^2)
解:物体C对斜面无压力时,设弹簧拉力为F,则有Fsinα=mg ,解得F=40
那么物体在水平方向做匀速圆周运动,设此时物体的转速为v
由牛顿第二定律得mv²/R=Fcosα ,代入数值得
2v²/R=20√3=34.6 ........................(1)
由胡克定律得:K(R/cos30-0.2)=F,代入数值得
200×(2R/√3-0.2)=40 ....................(2)
由(1)(2)得 R=0.346
V=2.45 (r/s)
那么当转速为2.45r/s时,物体C对斜面无压力。
(1)转速n=60r/min时弹簧的长度是多少?
解:由胡克定律F=kx,可得弹簧的劲度系数,k=F/x,根据题意可得,
mgsin30=k×x 那么k=2×10×1/2÷(0.25-0.2)=200N/m
当斜面连同物体C一起绕竖直轴AB转动时,物体在做以弹簧长度为半径的
匀速圆周运动,设此时的弹簧长度是L,对于该物体,由牛顿第二定律得
k(L-L0)-mgsinα=mv²/L
代入数据得,200×(L-0.2)-10=2/L
解得 L=0.28(m)
那么当转速n=60r/min时弹簧的长度是0.28米 。
(2)转速为多少时,物体C对斜面无压力?(g取10m/s^2)
解:物体C对斜面无压力时,设弹簧拉力为F,则有Fsinα=mg ,解得F=40
那么物体在水平方向做匀速圆周运动,设此时物体的转速为v
由牛顿第二定律得mv²/R=Fcosα ,代入数值得
2v²/R=20√3=34.6 ........................(1)
由胡克定律得:K(R/cos30-0.2)=F,代入数值得
200×(2R/√3-0.2)=40 ....................(2)
由(1)(2)得 R=0.346
V=2.45 (r/s)
那么当转速为2.45r/s时,物体C对斜面无压力。
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