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质量不计的细弹簧的劲度系数k=100 N/m,原长L=20 cm,弹簧一端固定一质量m=0.75 kg的小球,以另一端为圆心,使小球在光滑水平面内做线速度v=2 m/s的匀速圆周运动,运动时弹簧与水平面平行,并且形变没有超过弹性限度,求:

(1)小球做圆周运动的角速度;

(2)小球所受弹簧的拉力.

解析:弹簧的弹力提供了小球做匀速圆周运动的向心力.设弹簧的伸长量为x,则小球做圆周运动的半径为(L+x),由牛顿第二定律有kx=.代入已知数据解得x=0.1 m.

    小球做圆周运动的角速度ω==6.7 rad/s

    小球所受弹簧的拉力F=kx=10 N.

答案:(1)6.7 rad/s  (2)10 N

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使用“弹簧式角速度测量仪”可以测量运动装置自转时角速度的大小,其结构示意图如图所示.将测量仪固定在待测装置上,当装置绕竖直固定轴OO′转动时,与轻弹簧相连的小球A可在光滑绝缘细杆BC上滑动,同时带动连接在A上的滑动变阻器的动触片P在与BC平行的电阻丝MN上滑动,使得电压表V的示数U0随装置转动的角速度ω发生变化,据此可测出待测装置的角速度ω的大小.
已知:小球A的质量为m;弹簧的原长为x0、劲度系数为k;电阻MN粗细均匀、长度为L、阻值为R;电压表V通过两根导线分别接在电阻丝MN的中点Q和动触片P上,电阻丝MN的两端接在电压为U的直流稳压电源上.闭合开关后S测量仪器即可工作.若不计导线和动触片P的电阻、以及导线对动触片P的影响,忽略动触片P和电阻MN之间的摩擦,且电压表视为理想电表.装置静止时,动触片P与Q(导线和电阻的连接点)重合.
(1)试推导:待测装置自转的角速度ω与电压表V的示数U0之间的关系式.
(2)用该测量仪能测量的自转角速度的最大值ωm是多少?

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如图所示,跨过轻质定滑轮的细绳两端,一端连接质量为m的物体A,另一端通过一轻质弹簧与质量为M的物体B连接,B物体静止在地面上,A物体存距地面高,h处时细绳刚好被拉直、弹簧无形变。今将A物体从h高处无初速释放,A物体恰好能到达地面,且A到达地面时,B物体对地面的压力恰好减为零。已知重力加速度为g,弹簧的弹性势能与劲度系数k、弹簧的伸长量x的关系是:;两个物体均可视为质点,不计绳子和滑轮的质量、不计滑轮轴上的摩擦力和空气阻力。问:

1.A、B两物体的质量之比为多少?

2.现将A、B两物体的初始位置互换,再让B物体从h高处无初速释放,当A物体刚要离开地面时,B物体的速度是多少?

 

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