题目内容

【题目】如图所示,用一根长为L=1 m的细线,一端系一质量为m=1 kg的小球(可视为质点),另一端固定在一光滑锥体顶端,锥面与竖直方向的夹角θ=37°. 设小球在水平面内绕锥体的轴做匀速圆周运动的角速度为ω时,细线的张力为T.(g取10 m/s2,结果可用根式表示)求:

(1)若要小球刚好离开锥面,则此时小球的角速度ω0为多大?

(2)若细线与竖直方向的夹角为α=60°,则此时小球的角速度ω1为多大?

(3)细线的张力T与小球匀速转动的加速度ω有关,请通过计算在坐标纸上画出ω的取值范围在0到ω1之间时的T-ω2的图象(要求标明关键点的坐标值).

【答案】(1)(2)(3)

【解析】(1)小球刚好离开锥面时,受力如图所示.

由牛顿第二定律及向心力公式得,解得

即

(2)当细线与竖直方向成60°角时,由牛顿第二定律及向心力公式得:

解得,即

(3)a.当时,标出第一个关键点坐标(0,8N)

b.当时,

根据牛顿第二定律得;;

得

当ω=时,标出第二个关键点坐标

c.当时,

小球离开锥面,设细线与竖直方向夹角为:,得:

当时,,标出第三个关键点坐标

画出图象如图所示:

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