题目内容

【题目】一根轻绳一端系一小球,另一端固定在O点,在O点有一个能测量绳的拉力大小的力传感器,让小球绕O点在竖直平面内做圆周运动,由传感器测出拉力F随时间t变化图象如图所示,已知小球在最低点A的速度vA=6 m/s,g=9.8 m/s2取π2=g,求:

(1)小球做圆周运动的周期T;

(2)小球的质量m;

(3)轻绳的长度L.

【答案】(1)2 s(2)0.2 kg(3)0.61 m

【解析】(1)小球在运动的过程中,重力与绳子的拉力之和提供向心力,拉力随运动过程做周期性变化,故拉力的周期也就等于小球做圆周运动的周期,由图可以看出周期T=2 s.

(2)以小球为研究对象,设其在最低点受到拉力TA,最高点受拉力TB.

由图可以看出TA=14 N,TB=2 N

最低点:TA-mg= ①

最高点:TB+mg= ②

从A到B过程中,只有重力做功.由动能定理得:

mvA2-mvB2=mg·2L ③

已知TA=14 N,TB=2 N,g=9.8 m/s2,vA=6 m/s,代入①②③式,

联立解得:m≈0.2 kg,L≈0.61 m

(3)由(2)中已解得轻绳长度L=0.61 m.

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