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游乐场内有一种叫“空中飞椅”的游乐项目,示意图如图16所示,在半径为r=4m的水平转盘的边缘固定着N=10条长为L=10m的钢绳,纲绳的另一端连接着座椅(图中只画出2个),转盘在电动-高三物理
题目简介
游乐场内有一种叫“空中飞椅”的游乐项目,示意图如图16所示,在半径为r=4m的水平转盘的边缘固定着N=10条长为L=10m的钢绳,纲绳的另一端连接着座椅(图中只画出2个),转盘在电动-高三物理
题目详情
游乐场内有一种叫“空中飞椅”的游乐项目,示意图如图16所示,在半径为r
=
4m的水平转盘的边缘固定着
N
=10条长为
L=
10m的钢绳,纲绳的另一端连接着座椅(图中只画出2个),转盘在电动机带动下可绕穿过其中心的竖直轴OO′ 转动。设在每个座椅内坐着质量相同的人,可将人和座椅看成是一个质点,人和座椅的质量为
m
=60kg,已知重力加速度为
g=
10m/s
2
,不计钢绳的重力及空气的阻力。当转盘以某一角速度w匀速转动时,座椅从静止开始随着转盘的转动而升高,经过一段时间后达到稳定状态,此时钢绳与转轴在同一竖直平面内,与竖直方向的夹角为
=37°。求
(1)稳定时钢绳对座椅的拉力
F
的大小及转盘转动的角速度
ω
;
(2)每个座椅从静止开始到随转盘稳定转动的过程中,绳子的拉力对座椅做的功;
(3)如果带动转盘的电动机输出机械功率的效率为80%,转盘因自身转动及克服各种摩擦损失的机械功率为20%,求从座椅开始运动到随转盘稳定转动的过程中,电动机消耗的电能。
题型:计算题
难度:中档
来源:不详
答案
(1)对人和座椅,绳的拉力与重力的合力指向圆心,由牛顿第二定律
F
=
mg
/
cos
q
=750N
mg
tan
q
=
m
w
2
R
由几何关系得:
R
=
r
+
l
sin
q
代入数据得:
F
= 750N
rad/s
(2)在转盘从静止启动到转速稳定这一过程中,由能量守恒定律
h
=
l
(1-cos
q
)
v=
w
R
解得
W
="3450" J
(3)设在座椅从静止开始到随转盘稳定转动的过程中,电动机消耗的电能为
E
E
×80%×80%=
N
(
)
解得:
E
=5.4×104 J
略
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在一次军事演习中,解放军战士为
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一手枪竖直向上以v0的速度射出
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答案
F = mg/cosq=750N
mg tanq=mw2R
由几何关系得:R=r+lsinq
代入数据得:F= 750N
(2)在转盘从静止启动到转速稳定这一过程中,由能量守恒定律
h=l(1-cosq)
v=wR
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(3)设在座椅从静止开始到随转盘稳定转动的过程中,电动机消耗的电能为E
E×80%×80%=N(
解得:E=5.4×104 J