题目内容

如图所示,长为L的细绳上端系一质量不计的环,环套在光滑水平杆上,在细线的下端另一个质量为m的铁球(可视作质点),球离地的高度h=L,当绳受到大小为3mg的拉力时就会断裂。现让环与球一起以的速度向右运动,在A处环被挡住而立即停止,A离右墙的水平距离也为L.不计空气阻力,已知当地的重力加速度为g,试求:

(1)在环由运动到被挡住而立即停止瞬间绳对小球的拉力大小如何变化?变化了多少?

(1)在环停止以后的运动过程中,铁球的第一次碰撞点离墙角B点的距离是多少?

解:

(1)在环被挡住而立即停止后小球立即以速率v绕A点做圆周运动,根据牛顿第二定律和圆周运动的向心力公式有:(2分)

解得绳对小球的拉力大小为:F=3mg(1分)

所以绳对铁球的拉力变大,增加了2mg(1分)

(2)根据计算可知,在环被A挡住的瞬间绳恰好断裂,此后小球做平抛运动。

假设小球直接落到地面上,则:(1分)

球的水平位移:(1分)

所以小球先与右边的墙壁碰撞后再落到地面上(1分)

设球平抛运动到右墙的时间为t′,则t′=(1分)

小球下落的高度h′=(1分)

所以求的第一次碰撞点距B的距离为:(1分)

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