如图所示,长度为l的细绳上端固定在天花板上O点,下端拴着质量为m的小球.当把细绳拉直时,细绳与竖直线的夹角为θ=60°,

如图所示,长度为l的细绳上端固定在天花板上O点,下端拴着质量为m的小球.当把细绳拉直时,细绳与竖直线的夹角为θ=60°,此时小球静止于光滑的水平面上.
(1)当球以角速度ω1=
g
2l
做圆锥摆运动时,水平面受到的压力FN是多大?
(2)当球以角速度ω2=
3g
l
做圆锥摆运动时,细绳的张力F T是多大?
少游时 1年前 已收到1个回答 举报

24159 幼苗

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解题思路:(1)当球做圆锥摆运动时,小球在水平面内做匀速圆周运动,由重力、水平面的支持力和绳子拉力的合力提供向心力,当小球受到水平面的支持力刚为FN=0时,由重力和绳子拉力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律求出此时的临界角速度.根据角速度与临界角速度的关系,分析水平面有无支持力,采用正交分解法列方程求解支持力,再由牛顿第三定律求出水平面受到的压力FN
(2)判断小球是否离开桌面.若小球离开桌面做圆周运动,再由牛顿第二定律求解细绳的张力F′T

对小球:当小球受到水平面的支持力刚为FN=0时,张力为FT,由重力和绳子拉力的合力提供向心力,如图1,根据牛顿第二定律得:
mgtanθ=mω
20lsinθ ①
解得:ω0=

2g
l ②
(1)因为ω1<ω0,所以水平面对小球的支持力 FN≠0,如图2,根据牛顿第二定律得:
F′Tsin60°=mω
21lsin60° ③
F′N+F′Tcos60°=mg ④
解得:F′N=[3/4]mg ⑤
(2)因为ω2>ω0,所以小球将离开水平桌面,水平面对小球的支持力 F″N=0,θ>60°
则 F″Tsinθ=mω
22lsinθ ⑥
解得:F″T=3mg ⑦
答:
(1)当球以角速度ω1=

g
2l做圆锥摆运动时,水平面受到的压力FN是[3/4]mg.
(2)当球以角速度ω2=

3g
l做圆锥摆运动时,细绳的张力F T″是3mg.

点评:
本题考点: 向心力.

考点点评: 本题是圆锥摆问题,分析小球的受力,确定向心力来源是关键,实质是牛顿第二定律的特殊应用.

1年前

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