长为L=0.4m的细绳拴着小水桶绕固定轴在竖直平面内转动,桶中有质量m=0.8kg的水,求:(g=10m/s2)
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解题思路:(1)水桶运动到最高点时,水不流出恰好不流出时由水受到的重力刚好提供其做圆周运动的向心力,根据牛顿第二定律求解最小速率;

(2)水在最高点速率v=3m/s时,以水为研究对象,分析受力情况:重力和桶底的弹力,其合力提供水做圆周运动的向心力,由牛顿第二定律求解此弹力,再牛顿第三定律,水对桶的压力大小.

(1)水桶运动到最高点时,设速度为v0时恰好水不流出,由水受到的重力刚好提供其做圆周运动的向心力,根据牛顿第二定律得:mg=m

v02

L

解得:v0=

gL=

10×0.4=2m/s

(2)设桶运动到最高点对水的弹力为F,则水受到重力和弹力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:

mg+F=m

v 2

L

解得:F=m

v 2

L-mg=0.8×

9

0.4−8=10N

根据牛顿第三定律,水对桶的压力大小:F′=F=10N

答:(1)若水桶转至最高点时水不流出来,水桶的最小速率为2m/s;

(2)若在最高点时水桶的速率 v=3m/s,水对桶底的压力大小为10N.

点评:

本题考点: 向心力.

考点点评: 本题应用牛顿第二定律破解水流星节目成功的奥秘,关键在于分析受力情况,确定向心力的来源.