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圆周运动中杆绳模型的解释和例题

更新时间:2024-06-27 文章作者: 信息来源: 阅读次数:

圆周运动中杆绳模型的解释和例题


在圆周运动中,杆绳模型是指由一端固定并系有绳或杆的圆周运动物体。其中绳子的特点是从一端到另一端的长度始终保持不变,而杆模型的特点则是从一端到另一端可能存在相对运动。这两种模型都是高中物理中常见的圆周运动模型,可以帮助我们理解物体在圆周运动中的受力情况、速度变化等。XQr物理好资源网(原物理ok网)


题目:小车静止在光滑的水平面上,一轻质杆的一端固定一个小球,另一端通过一细绳与小车上的定滑轮相连。已知小球在光滑的水平面上做匀速圆周运动,求小球的角速度和杆对小球的拉力。XQr物理好资源网(原物理ok网)

分析:XQr物理好资源网(原物理ok网)

1. 小球做圆周运动时,受到重力、杆的支持力和绳的拉力。XQr物理好资源网(原物理ok网)

2. 小球做匀速圆周运动时,绳的拉力提供向心力,即绳的拉力大小等于小球所需的向心力。XQr物理好资源网(原物理ok网)

3. 杆对小球的拉力与小球的重力平衡,即杆对小球的拉力大小等于小球的重力。XQr物理好资源网(原物理ok网)

解:XQr物理好资源网(原物理ok网)

1. 根据题意,小球做匀速圆周运动,因此小球所需的向心力大小为恒量,即绳的拉力大小不变。根据向心力公式 F = mω²r,可得到小球的角速度:XQr物理好资源网(原物理ok网)

ω = sqrt(F/m)XQr物理好资源网(原物理ok网)

2. 由于小车是静止在光滑的水平面上的,因此小车的摩擦力为零。根据牛顿第三定律,小球对杆的拉力大小等于杆对小球的拉力大小。因此,杆对小球的拉力大小为:XQr物理好资源网(原物理ok网)

F = mgXQr物理好资源网(原物理ok网)

3. 将上述两个式子联立,可得到小球的角速度:XQr物理好资源网(原物理ok网)

ω = sqrt(g/r)XQr物理好资源网(原物理ok网)

其中 r 为小球到定滑轮的距离。XQr物理好资源网(原物理ok网)

答案:小球的角速度为 sqrt(g/r),杆对小球的拉力大小为 mg。XQr物理好资源网(原物理ok网)


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