题目内容

【题目】长为0.5m,质量可忽略的杆,其一端固定于离地面高度为5.5mO点,另一端连有质量m=2kg的小球,它绕O点做圆周运动,如图所示,已知g10m/s2

(1)当小球通过最高点时,速度v=1m/s,求杆受到的力(说明是拉力还是压力)。

(2)若轻杆所能承受的最大拉力为420N,试求小球做圆周运动的最大速度。

(3)若在第(2)问中,轻杆恰好在最低点处断裂,试求小球落地时的速度

【答案】(1)16N,压力;(2)10m/s.(3)10m/s,方向与水平方向成45.

【解析】

(1)对小球进行受力分析,假设杆子对小球的作用力方向竖直向上大小为F:
根据牛顿第二定律:mg-F=m
v=1m/s时,解得:F=mg-m=2×102×N=16N
故杆子对小球的作用力大小为16N,方向向上.
根据牛顿第三定律小球对杆子的作用力为向下的压力,大小为16N;
(2)杆在竖直面内圆周运动,合力提供圆周运动向心力,杆拉力最大时小球在竖直面内的最低点,根据合力提供圆周运动向心力有:Fmgm
得小球运动的最大速度vmaxm/s=10m/s
(3)轻杆恰好在最低点处断裂,则小球做平抛运动,竖直方向:h-L=gt2

解得t=1s;

落地时竖直速度:vy=gt=10m/s;

落地的速度,方向与水平方向成45.

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