题目内容

如图所示,在光滑水平桌面ABCD中央固定有一边长为0.4m光滑小方柱abcd.长为L=1m的细线,一端拴在a上,另一端拴住一个质量为m=0.5kg的小球.小球的初始位置在ad连线上a的一侧,把细线拉直,并给小球以v0=2m/s的垂直于细线方向的水平速度使它作圆周运动.由于光滑小方柱abcd的存在,使线逐步缠在abcd上.若细线能承受的最大张力为7N(即绳所受的拉力大于或等于7N时绳立即断开),那么从开始运动到细线断裂应经过多长时间?小球从桌面的哪一边飞离桌面?
分析:细线断裂之前,绳子拉力与速度垂直,小球的速度大小不变.绳子刚断裂时,拉力大小为7N,由F=m
v2
r
求出此时的半径.小球每转90°半径减小0.4m,确定出小球转动的圈数,求出时间.
解答:解:当绳长为L0时,绳将断裂.据向心力公式得:
  T0=m
v
2
0
L0

所以L0=
m
v
2
0
T0
=
0.5×22
7
=0.29m        
绕a点转
1
4
周的时间t1=
1
4
?
2πr1
v0
=
1
2
?
3.14×1
2
s=0.785s.
绕b点转
1
4
周的时间t2=
1
4
?
2πr2
v0
=
1
2
?
3.14×0.6
2
s=0.471s.
绳接触c点后,小球做圆周运动的半径为r=0.2m,小于L0=0.29m,所以绳立即断裂.
所以从开始运动到绳断裂经过t=1.256s,小球从桌面的AD边飞离桌面.
答:从开始运动到细线断裂应经过1.256s,小球从桌面的AD边飞离桌面.
点评:本题是物理数列类型,通过分析,抓住小球每转
1
4
周,半径减小0.4m,确定出小球转动的圈数是关键.
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