以下是一些高三物理圓周運動訓練題:
1. 一小球在水平面內做勻速圓周運動,圓周的半徑為1m,角速度為2rad/s,則小球做圓周運動的周期為多少?小球做圓周運動的向心加速度大小為多少?
2. 一質量為m的物體,在半徑為r的圓周上以恒定的速率v運動,它所受的摩擦力始終與速度方向垂直,試求:
(1)它的向心力的大小隨時間變化的規律是什么?
(2)它在任意1s內物體通過的弧長是多少?
(3)它在任意1s內物體轉過的角度是多少?
3. 質量為m的小球在豎直平面內做勻速圓周運動,轉動半徑為R,角速度為ω,在最高點時物體的動能是多少?在最低點時物體的動能是多少?
4. 質量為m的小球在豎直平面內作勻速圓周運動,當它運動到最高點時的速度大小為v1,最小速度大小為v2,已知它在豎直平面內做圓周運動的周期為T,求小球在運動過程中所受的向心力的大小。
5. 質量為m的小球在豎直平面內作勻速圓周運動,當它運動到最低點時,受到的支持力的大小是多少?方向如何?
以上題目都是高三物理圓周運動的經典題目,可以幫助你更好地理解和掌握圓周運動的知識。
題目:
一個質量為 m 的小球,在一根長為 L 的細線的牽引下,在豎直平面內做圓周運動。細線的另一端系在球心的上方,距離球心為 H。已知繩子的承受力極限為 T,求小球在最高點可以承受的最大速度。
解析:
首先,我們需要考慮小球在最高點的受力情況。小球受到重力和繩子的拉力,這兩個力的合力提供小球做圓周運動所需的向心力。
根據向心力公式 F = mV^2 / r,其中 V 是小球在最高點的速度,r 是繩子的長度(即從球心到最高點的距離),我們可以得到:
F = mV^2 / r = mg + T
其中 mg 是小球受到的重力,T 是繩子對小球的拉力。
為了使小球能夠做圓周運動,繩子不能被拉斷,所以 T > 0。同時,為了使小球能夠達到最大速度,我們需要找到 V = ... 的表達式。
當 V = sqrt(gH) 時,T = mg,此時小球剛好能夠通過最高點而不會掉下來。所以有:
V = sqrt(gH)
代入到 F = mV^2 / r 中,得到:
F = mV^2 / r = m (sqrt(gH))^2 / L
由于繩子的承受力極限為 T,所以有:
T > F = m (sqrt(gH))^2 / L
解這個不等式可以得到 V 的最大值。
答案:當繩子的承受力極限為 T 時,小球在最高點可以承受的最大速度為 sqrt(gH)。注意這個速度取決于繩子的長度 L、小球的質量 m、以及小球距離圓心的距離 H。