题目内容

【题目】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.当小球的转速增加到原来转速的3倍时,细线断裂,这时测得线的拉力比原来大40N.则:(g取10 m/s2)

(1)线断裂的瞬间,线的拉力多大?

(2)这时小球运动的线速度多大?

(3)如果桌面高出地面0.8m,线断后小球垂直桌面边缘飞出,落地点离桌面的水平距离为多少?

【答案】(1)45N (2)5m/s (3)2m

【解析】(1)小球在光滑桌面上做匀速圆周运动时受三个力作用;重力mg、桌面弹力FN和细线的拉力F,重力mg和弹力FN平衡,线的拉力提供向心力,有:
Fn=F=mω2R,
设原来的角速度为ω0,线上的拉力是F0,加快后的角速度为ω,线断时的拉力是F1,则有:
F1:F0=ω2:ω02=9:1,
又F1=F0+40N,
所以F0=5N,线断时有:F1=45N.
(2)设线断时小球的线速度大小为v,由 ,
代入数据得:v=5m/s.
(3)由平抛运动规律得小球在空中运动的时间为:

则落地点离桌面的水平距离为:x=vt=5×0.4=2m.

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