题目内容

5.如图所示,长为L的细线一端固定在O点,另一端拴一质量为m的小球,已知小球在最高点A受到绳子的拉力刚好等于小球自身的重力,O点到水平地面的距离Soc=H且H>L,重力加速度为g,求:
(1)小球通过最高点A时的速度VA的大小;
(2)小球通过最低点B时,细线对小球的拉力;
(3)小球运动到A点或B点时细线断裂,小球落到地面对到C点的距离若相等,则L和H应满足什么关系.

分析 (1)物体通过最高点,由重力和绳子的拉力充当向心力,由向心力公式可求得最高点的速度vA;
(2)由机械能守恒定律可得出小球在最低点的速度,由牛顿第二定律求解拉力.
(3)细线断裂后,小球做平抛运动,由平抛运动的规律可得出l和L应满足的关系

解答 解析:(1)小球在A点时,由mg+T=$\frac{{mv}_{A}^{2}}{L}$   T=mg   
解得:VA=$\sqrt{2gL}$
(2)小球在B点,有:FB-mg=$\frac{{v}_{B}^{2}}{L}$
小球从A到B,由动能定理得:mg•2L=$\frac{1}{2}$mVB2-$\frac{1}{2}$mVA2
联立解得:VB=FB=7mg                                    
(3)小球从B点做平抛运动:S=VBt1      
H-L=$\frac{1}{2}$gt12
小球从A点做平抛运动:S=VAt2      
H+L=$\frac{1}{2}$gt22
联立解得:L=H      
  答:(1)小球通过最高点A时的速度vA的大小为$\sqrt{2gL}$.
(2)小球通过最低点B时,细线对小球的拉力是6mg.
(3)小球运动到A点或B点时细线断裂,小球落到地面对到C点的距离若相等,则l和L应满足的关系为L=H

点评 小球在竖直面内圆周运动一般会和机械能守恒或动能定理结合考查,要注意最高点的受力及正确列出向心力公式

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