(2012•浦东新区三模)如图所示,轻绳一端系一质量为m的小球,另一端做成一个绳圈套在图钉A和B上,此时小球在光滑的水平

(2012•浦东新区三模)如图所示,轻绳一端系一质量为m的小球,另一端做成一个绳圈套在图钉A和B上,此时小球在光滑的水平平台上做半径为a、角速度为ω的匀速圆周运动.现拔掉图钉A让小球飞出,此后绳圈又被A正上方距A高为h的图钉B套住,达稳定后,小球又在平台上做匀速圆周运动.求:
(1)图钉A拔掉前,轻绳对小球的拉力大小;
(2)从拔掉图钉A到绳圈被图钉B套住前小球做什么运动?所用的时间为多少?
(3)小球最后做匀速圆周运动的角速度.
rouer 1年前 已收到1个回答 举报

sdy37204 幼苗

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解题思路:小球做圆周运动的向心力是由轻线提供,根据牛顿第二定律可以解出轻线对小球的拉力;拔掉图钉后小球做匀速直线运动,找到直线运动的位移结合运动规律解出所需的时间;小球运动的法向速度在达到运动半径为a+h时,立刻减为零,只剩切线方向的分速度.

(1)拔掉A图钉前,轻线的拉力为小球做圆周运动的向心力,设其大小为T,则由牛顿第二定律得,轻线的拉力大小为T=mω2a 
(2)小球沿切线方向飞出做匀速直线运动      
直到线环被图钉B套住前,小球速度为v=ωa  
匀速运动的位移s=
(a+h)2−a2=
2ah+h2
则时间t=
s
v=

2ah+h2
ωa
(3)v可分解为切向速度v1和法向速度v2,绳被拉紧后v2=0,小球以速度v1做匀速圆周运动,半径r=a+h  
由v1=
a
a+hv=
a2
a+hω
得ω′=
v1
r=
a2ω
(a+h)2
答:(1)图钉A拔掉前,轻绳对小球的拉力大小为mω2a;
(2)从拔掉图钉A到绳圈被图钉B套住前小球做匀速直线运,所用的时间为

2ah+h2
ωa;
(3)小球最后做匀速圆周运动的角速度为
a2ω
(a+h)2.

点评:
本题考点: 向心力;牛顿第二定律.

考点点评: 注意理解v可分解为切向速度v1和法向速度v2,绳被拉紧后v2=0,小球以速度v1做匀速圆周运动.

1年前

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