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半径为r的光滑圆环竖直放置和相关例题

2025-11-29 17:00:00课外拾零308

好的,以下是一道关于半径为r的光滑圆环的例题:rGX物理好资源网(原物理ok网)

题目:在竖直放置的光滑圆环中,有一个小球从环上最低点以速度v开始运动。问:小球能够到达的最大高度是多少?rGX物理好资源网(原物理ok网)

解答:rGX物理好资源网(原物理ok网)

小球在圆环中运动时,受到重力和圆环的支持力。由于圆环是光滑的,所以这两个力的合力提供小球的向心力。rGX物理好资源网(原物理ok网)

在小球运动的过程中,向心力逐渐增大,而重力不变。当小球到达最高点时,向心力达到最大值,此时圆环对小球的弹力为零。rGX物理好资源网(原物理ok网)

根据向心力公式,有:mv^2/r = mg + FrGX物理好资源网(原物理ok网)

其中,F为圆环对小球的弹力,由于在最高点时弹力为零,所以F = 0。rGX物理好资源网(原物理ok网)

因此,可以得出小球能够到达的最大高度为:rGX物理好资源网(原物理ok网)

最大高度 = 2r - (mv^2/2g)rGX物理好资源网(原物理ok网)

这个高度与半径无关,只与小球的速度和重力有关。rGX物理好资源网(原物理ok网)

希望这个解答能够帮助你理解这个问题!rGX物理好资源网(原物理ok网)

半径为r的光滑圆环竖直放置,圆环上套着一个小球,小球受到重力作用,由于圆环是光滑的,小球与圆环没有摩擦力,但小球与圆环的弹力作用。当圆环以加速度a向下加速时,小球受到的弹力为多少?rGX物理好资源网(原物理ok网)

根据牛顿第二定律,小球受到的弹力为rGX物理好资源网(原物理ok网)

F = ma + mgrGX物理好资源网(原物理ok网)

其中,m是小球的质量,g是重力加速度。rGX物理好资源网(原物理ok网)

由于小球与圆环之间没有摩擦力,所以小球受到的重力mg和弹力F是作用在同一直线上的两个力。因此,弹力的方向向上。rGX物理好资源网(原物理ok网)

当圆环以加速度a向下加速时,小球受到的弹力为ma+mg,方向向上。rGX物理好资源网(原物理ok网)

需要注意的是,这个例题中的加速度a是圆环对小球的加速度,而不是小球对圆环的加速度。因此,弹力的方向与加速度的方向有关。如果加速度的方向与弹力的方向相同,弹力就增大;如果加速度的方向与弹力的方向相反,弹力就减小。rGX物理好资源网(原物理ok网)

半径为r的光滑圆环竖直放置,环上套着一个质量为m的小球。rGX物理好资源网(原物理ok网)

首先,我们需要理解这个问题的核心:小球在圆环中运动时,它的运动状态如何?rGX物理好资源网(原物理ok网)

首先,小球受到重力作用,方向向下。其次,圆环对小球有弹力,方向向上。弹力的大小与小球对圆环的压力大小相等,方向相反。由于圆环是光滑的,所以弹力完全由重力产生。rGX物理好资源网(原物理ok网)

当小球在圆环中向下运动时,弹力方向向上,大小等于重力大小。因此,小球受到的合力方向向下,大小等于重力大小。所以,小球会向下做加速运动。rGX物理好资源网(原物理ok网)

反过来,当小球在圆环中向上运动时,弹力方向向下,大小等于重力大小。因此,小球受到的合力方向向上,大小等于零。所以,小球会保持静止状态。rGX物理好资源网(原物理ok网)

常见问题:如果小球在圆环中做圆周运动,它的运动状态如何?rGX物理好资源网(原物理ok网)

在这种情况下,小球受到弹力作用,弹力的方向始终与速度方向垂直,所以弹力不做功。因此,小球可以绕圆环做完整的圆周运动而不会脱离圆环。rGX物理好资源网(原物理ok网)

总结答案:当半径为r的光滑圆环竖直放置时,小球在其中运动时,会受到重力和弹力的作用。当小球向下运动时,弹力方向向上,大小等于重力大小;当小球向上运动时,弹力方向向下,大小等于零。无论哪种情况,小球都会做相应的运动。同时,小球在圆环中做圆周运动时也可以保持稳定。rGX物理好资源网(原物理ok网)

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