题目内容

2.如图甲所示,用一轻质绳拴着一质量为m的小球,在竖直平面内做圆周运动(不计一切阻力),小球运动到最高点时绳对小球的拉力为F,小球在最高点的速度大小为v,其F-v2图象如图乙所示,则
(  )
A.轻质绳长为$\frac{b}{a}$
B.当地的重力加速度为$\frac{a}{m}$
C.当v2=c时,轻质绳的拉力大小为$\frac{ac}{b}$+a
D.只要v2≥b,小球在最低点和最高点时绳的拉力差均为6a

分析 在最高点,根据牛顿第二定律得出F与v2的关系式,结合图线的斜率和截距求出当地的重力加速度和轻质绳长.根据动能定理和牛顿第二定律求出最低点拉力的表达式,结合最高点的拉力表达式求出拉力之差.

解答 解:A、在最高点,根据牛顿第二定律得,$F+mg=m\frac{{v}^{2}}{L}$,解得F=$m\frac{{v}^{2}}{L}-mg$,
根据纵轴截距知,a=mg,则重力加速度g=$\frac{a}{m}$,图线的斜率k=$\frac{m}{L}=\frac{a}{b}$,解得轻质绳长L=$\frac{mb}{a}$,故A错误,B正确.
C、当v2=c时,绳子的拉力F=$m\frac{{v}^{2}}{L}-mg$=$\frac{mc}{L}-mg=\frac{ac}{b}-a$,故C错误.
D、在最高点,F=$m\frac{{v}^{2}}{L}-mg$,设最低点的速度为v′,根据动能定理得,$mg•2L=\frac{1}{2}mv{′}^{2}-\frac{1}{2}m{v}^{2}$,根据牛顿第二定律得,$F′-mg=m\frac{v{′}^{2}}{L}$,解得$F′=mg+m\frac{v{′}^{2}}{L}$,
拉力差$△F=F′-F=2mg+\frac{mv{′}^{2}-m{v}^{2}}{L}$=6mg=6a,故D正确.
故选:BD.

点评 本题主要考查了圆周运动向心力公式和动能定理的综合应用,关键要正确分析小球圆周运动的向心力,对于图线问题,一般的解题思路是得出物理量之间的关系式,结合图线的斜率和截距进行求解.

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