题目内容

17.一质量为m的小球连接在质量可忽略的不可伸长的柔软细线上,将细线的另一端与一竖直的光滑细圆杆的顶端相连接,并将细线绕紧在杆顶上,直至小球与圆杆相碰,此时放开小球,细线开始反向旋转释放,求细线释放完后杆与细线的夹角θ.

分析 圆杆相当细,可以近似地认为细线释放时小球做圆周运动,由能量守恒定律和牛顿第二定律列式联立求解.

解答 解:由于圆杆相当细,可以近似地认为细线释放时小球做圆周运动,设线长为L,当细线释放完后,杆与细线的夹角为θ,
则由能量守恒定律可得:mgLcosθ=$\frac{1}{2}$mv2
重力和线张力的合力指向圆心,成为向心力,因此有mgtanθ=m$\frac{{v}^{2}}{r}$,r=Lsinθ
解得:mgtanθ=$\sqrt{2}$,即:θ=arctan$\sqrt{2}$.
答:细线释放完后杆与细线的夹角arctan$\sqrt{2}$.

点评 本题考查了能量守恒定律在实际中的应用,解题时注意放开小球后,细线反向旋转,可近似地看成小球做圆周运动,再结合能量守恒可得.

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