题目内容

如图,长度均为L=5m的三根细线OA、AB、BC一端均与质量为m=2kg的A球连接,另一端分别固定于O、B、C三点且B、C两点在同一水平线上,整个装置处于竖直平面内。小球静止时且细线OA恰无弹力.取g=10m/s2.求:

(1)此时细线AB的弹力大小

(2)若同时烧断细线AB、AC,与此同时给A球一个水平向右的初速度v0=5m/s.求小球运动到最低点时对细线OA的拉力大小

【答案】(1)   (2)100 N

(1)对小球进行受力分析:

   FABcos300+FACcos300=mg

   FABsin300=FABsin300

解得:FAB=FAB==

(2)当同时烧断细线AB、AC时,小球先做平抛运动,如右图:

设:在小球运动t1后,细线OA拉直,

  X水平=v0t1

   Y竖直=gt12/2

  XOA2=X水平2+Y竖直2

代入数据,t1=1s

此时小球刚好运动到水平位置:v1==10m/s

小球继续运动,细线0A已经拉直,小球继续运动将受到细线的拉力,

小球速度发生突变,水平速度突变为零,竖直方向速度大小方向均不变,

与拉力垂直,小球做圆周运动。

小球运动到最低点D过程中,机械能守恒:

  mghOD=mvD2/2-mv12/2

解得:vD=10m/s

小球在D点做圆周运动的向心力由其受到的合力提供,对D点进行受力分析:                    FOA-mg=mvD2/r

解得:FOA=100N

【解析】在OA未拉直之前,细线对小球的作用力为零,所以,小球作平抛运动直到细线OA拉直。当细线0A拉直时,小球受到细线的拉力作用,此时小球恰好运动到水平位置,因为拉力作用,小球速度发生突变,水平方向速度vx突变为零,竖直方向上因为没有力的作用,所以vy大小和方向均不发生改变,物体在拉力作用下作圆周运动,运动过程中只有重力做功,根据机械能守恒求出物体在最低点时的速度;物体在最低点作圆周运动的向心力由绳的拉力和重力的合力提供。

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