题目内容

如图所示,一不可伸长的轻质细绳,绳长为L一端固定于O点,另一端系一质量为m的小球,小球绕O点在竖直平面内做圆周运动(不计空气助力),小球通过最低点时的速度为v.

(1)求小球通过最低点时,绳对小球拉力F的大小;

(2)若小球运动到最低点或最高点时,绳突然断开,两种情况下小球从抛出到落地水平位移大小相等,求O点距地面的高度h;

(3)在(2)中所述情况下试证明O点距离地面高度h与绳长l之间应满足h≥l

答案:
解析:

  (1)根据向心力公式

  (2)小球运动到最低点,绳突然断开后小球做平抛运动时间为,则

  

  设运动到最高点速度为,由机械能守恒定律得

  

  小球运动到最高点绳断开后平抛运动时间为,则

  

  又

  联立上述各式解得

  (3)小球运动到最高点时向心力最小值为,则有

  

  ∴


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