是( )
A.小球过最高点时,杆所受到的弹力可以等于零
B.小球过最高点的最小速度是零
C.小球过最高点时,杆对球的作用力一定随速度增大而增大
D.小球过最高点时,杆对球的作用力一定随速度增大而减小
解析:选CD.小球过最高点时,若v=,杆所受弹力等于零,选项A正确.此题属于轻杆模型,小球过最高点的最小速度是零,选项B正确.小球过最高点时,若v<,杆对球有向上的支持力,且该力随速度的增大而减小;若v>,杆对球有向下的拉力,且该力随速度的增大而增大,选项C、D错误.
4.公路在通过小型水库泄洪闸的下游时常常要修建凹形桥,也叫"过水路面".现有一"过水路面"的圆弧半径为50 m,一辆质量为800 kg的小汽车驶过"过水路面".当小汽车通过"过水路面"的最低点时速度为5 m/s.问此时汽车对路面的压力为多大?(g取10 m/s2)
解析:汽车在"过水路面"的最低点时,由牛顿第二定律得FN-mg=m,解得FN=mg+m= N=8 400 N,根据牛顿第三定律,汽车对路面的压力大小F′N=FN=8 400 N.
答案:8 400 N
5.长度为0.5 m的轻杆OA绕O点在竖直平面内做圆周运动,A端连着一个质量m=2 kg的小球.求在下述的两种情况下,通过最高点时小球对杆的作用力的大小和方向:
(1)杆做匀速圆周运动的转速为2.0 r/s;
(2)杆做匀速圆周运动的转速为0.5 r/s(g=10 m/s2).
解析:小球在最高点的受力如图所示.
(1)杆的转速为2.0 r/s时,
ω=2πn=4π rad/s
由牛顿第二定律得F+mg=mω2L
故小球所受杆的作用力
F=mω2L-mg=2×(42×π2×0.5-10) N≈138 N
即杆对小球提供了138 N的拉力
由牛顿第三定律知,小球对杆的拉力大小为138 N,方向竖直向上.
(2)杆的转速为0.5 r/s时,ω′=2πn′=π rad/s
同理可得小球所受杆的作用力