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题型：解答题题类：难易度：普通

江西省鹰潭市余江区第一中学2024-2025学年高三上学期10月月考物理试题

如图所示，一根原长为L的轻弹簧套在一长为3L的光滑直杆AB上，其下端固定在杆的A端，质量为m的小球也套在杆上且与弹簧的上端相连。小球和杆一起绕经过杆A端的竖直轴 $\text{[math]}$ 匀速转动，且杆与水平面间始终保持 $\text{[math]}$ 角。已知杆处于静止状态时弹簧长度为 $\text{[math]}$ ，重力加速度为g， $\text{[math]}$ ，求：

（1）弹簧的劲度系数k；

（2）弹簧为原长时，小球的角速度 $\text{[math]}$ ；

（3）当杆的角速度满足什么条件时小球会从B端飞走。

举一反三

如图所示是“用圆锥摆验证向心力的表达式”的实验，细线下悬挂了一个质量为 $\text{[math]}$ 的小钢球，细线上端固定在 $\text{[math]}$ 点。将画有几个同心圆的白纸置于水平桌面上，使小钢球静止时 $\text{[math]}$ 细线张紧 $\text{[math]}$ 位于同心圆。用手带动小钢球，使小钢球在水平面内做匀速圆周运动，随即手与球分离。 $\text{[math]}$ 当地的重力加速度为 $\text{[math]}$ 。

用如图甲所示的装置探究影响向心力大小的因素。已知小球在槽中A、B、C位置做圆周运动的轨迹半径之比为1∶2∶1，小球做圆周运动的向心力与标尺露出的格数成正比，变速塔轮自上而下按如图乙所示三种方式进行组合，每层半径之比由上至下分别为1∶1、2∶1和3∶1

如图所示，马戏团正在上演飞车节目，在竖直平面内有半径为 $\text{[math]}$ 的圆轨道，表演者骑着摩托车在圆轨道内做圆周运动。已知人和摩托车的总质量为 $\text{[math]}$ ，人和摩托车可视为质点，不计一切阻力，重力加速度 $\text{[math]}$ 。求：

（1）表演者恰能通过最高点时的速度大小 $\text{[math]}$ ；

（2）若表演者通过最高点时的速度大小 $\text{[math]}$ ，求此时圆轨道对摩托车的作用力大小；

（3）表演者通过最低点时对轨道的压力为 $\text{[math]}$ ，求此时表演者的速度大小 $\text{[math]}$ 。

水平圆盘上紧贴边缘放置一密度均匀的小圆柱体，如图（a）所示，图（b）为俯视图，测得圆盘直径D = 42.02cm，圆柱体质量m = 30.0g，圆盘绕过盘心O₁的竖直轴匀速转动，转动时小圆柱体相对圆盘静止。

为了研究小圆柱体做匀速圆周运动时所需要的向心力情况，某同学设计了如下实验步骤：

向心力演示器可以探究小球做圆周运动所需向心力 $\text{[math]}$ 的大小与质量 $\text{[math]}$ 、角速度 $\text{[math]}$ 、轨道半径 $\text{[math]}$ 之间的关系，装置如图所示，两个变速塔轮通过皮带连接。实验时，匀速转动手柄使长槽和短槽分别随相应的变速塔轮匀速转动，槽内的金属小球做匀速圆周运动。横臂的挡板对小球的压力提供向心力，小球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力筒下降，从而露出标尺，标尺上黑白相间的等分格显示出两个金属球所受向心力的数值大小。

游乐场内旋转飞椅的运动可以简化为如图所示的匀速圆周运动，下列关于飞椅的受力分析正确的是（　　）

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