题目内容
如图所示，一根长0.1m的细线一端系着一个质量为0.18kg的小球，拉住线的另一端，使球在光滑的水平桌面上做匀速圆周运动，并使小球的转速很缓慢地增加．当小球的转速增加到开始时转速的3倍时，细线断开，线断开前的瞬间线的拉力比开始时大40N，求：（1）线断开前的瞬间，线的拉力大小．
（2）如果小球离开桌面时的速度方向与右边桌边的夹角为60°，桌面高出地面0.8m，求小球飞出后的落地点距桌边的水平距离．
分析：（1）球在光滑的水平桌面上做匀速圆周运动，由线的拉力提供向心力，根据牛顿第二定律分别对开始时和断开前列方程，结合条件：线断开前的瞬间线的拉力比开始时大40N，求解线的拉力．
（2）小球离开桌面时做平抛运动，竖直方向做自由落体运动，由高度求出时间．由牛顿第二定律求出线断开前球的速度大小，即为平抛运动的初速度，再求出平抛运动的水平距离．由几何关系求出小球飞出后的落地点距桌边的水平距离．
（2）小球离开桌面时做平抛运动，竖直方向做自由落体运动，由高度求出时间．由牛顿第二定律求出线断开前球的速度大小，即为平抛运动的初速度，再求出平抛运动的水平距离．由几何关系求出小球飞出后的落地点距桌边的水平距离．
解答：解：
（1）设开始时角速度为ω0，向心力是F0，线断开的瞬间，角速度为ω，线的拉力是F．则ω=3ω0
由 F0=mω02R ①
F=mω2R ②
由①②得
=
=
③
又因为F=F0+40N ④
由③④得F=45N．
（2）设线断开时小球的速度为v，桌面高度为h，落地点与飞出桌面点的水平距离为s．
t=
=0.4s
由F=
得v=
=
m/s=5m/s
平抛运动的水平距离s=vt=2m．
则落地点到桌边的水平距离为l=ssin60°=1.73m．
答：（1）线断开前的瞬间，线的拉力大小为45N．
（2）小球飞出后的落地点距桌边的水平距离为1.73m．
（1）设开始时角速度为ω0，向心力是F0，线断开的瞬间，角速度为ω，线的拉力是F．则ω=3ω0
由 F0=mω02R ①
F=mω2R ②
由①②得
| F |
| F0 |
| ω2 | ||
|
| 9 |
| 1 |
又因为F=F0+40N ④
由③④得F=45N．
（2）设线断开时小球的速度为v，桌面高度为h，落地点与飞出桌面点的水平距离为s．
t=
|
由F=
| mv2 |
| R |
得v=
|
|
平抛运动的水平距离s=vt=2m．
则落地点到桌边的水平距离为l=ssin60°=1.73m．
答：（1）线断开前的瞬间，线的拉力大小为45N．
（2）小球飞出后的落地点距桌边的水平距离为1.73m．
点评：对于匀速圆周运动动力学问题，关键是确定向心力的来源．平抛运动采用运动的分解进行处理．
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如图所示，一根长0.1m的细线，一端系着一个质量为0.18kg的小球，使小球在光滑的水平桌面上做匀速圆周运动，现使小球的转速很缓慢地增加，当小球的转速增加到开始时转速的3倍时细线断开，且线断开前的瞬间线的拉力比开始时大40N，g取10m/s2，求：
（2009?湘潭一模）如图所示，一根长0.1m的细线，一端系着一个质量为0.18kg的小球，拉住线的另一端，使球在光滑的水平桌面上作匀速圆周运动，使小球的转速很缓慢地增加，当小球的角速度增加到50rad/s时，细线断开，（g取10m/s2）求：
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如图所示，一根长0.1m的细线，一端系着一个质量是0.18kg的小球，拉住线的另一端，使球在光滑的水平桌面上做匀速圆周运动，当小球的转速增加到原转速的3倍时，细线断裂，这时测得断前瞬间线的拉力比原来大40N，求：