如图装置叫做离心节速器,它的工作原理和下述力学模型类似:在一根竖直硬质细杆的顶端O用铰链连接两根轻杆,轻杆的下端分别固定两个金属小球.当发动机带动竖直硬质细杆转动时

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 线速度/2022-09-22 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图装置叫做离心节速器,它的工作原理和下述力学模型类似:在一根竖直硬质细杆的顶端O用铰链连接两根轻杆,轻杆的下端分别固定两个金属小球.当发动机带动竖直硬质细杆转动时,两个金属球可在水平面上做匀速圆周运动,如图所示.设与金属球连接的两轻杆的长度均为L,两金属球的质量均为m,各杆的质量均可忽略不计.当发动机加速运转时,轻杆与竖直杆的夹角从30°增加到60°,忽略各处的摩擦和阻力.
求:(1)当轻杆与竖直杆的夹角为30°时金属球做圆周运动的线速度的大小v1
(2)轻杆与竖直杆的夹角从30°增加到60°的过程中机器对两小球所做的总功.
魔方格

◎ 答案

(1)金属球做匀速圆周运动,重力与拉力的合力作为向心力,
由mgtanθ=
v21
r

由r=lsinθ,
得V1=

gltanθsinθ
=

3
6
gl

(2)设小球在偏角为60°时做匀速圆周运动的速度大小为v2,夹角从30°增加到60°的过程中金属球上升的高度为h,则,
    mgtan60°=
m
v22
lsin 60°
   
上升的距离 h=l(co30°-cos 60°)  
根据动能定理得
W-2mgh=2(
1
2
mV22-
1
2
mV12
由以上方程解  W=
5

3
+3
6
mgl.
答:(1)当轻杆与竖直杆的夹角为30°时金属球做圆周运动的线速度的大小为 

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