题目内容

如图所示,长为L不可伸长的经绳,一端固定于O点,另一端系一质量为m的小球.最初小球位于A点,细绳伸直且水平,由静止将小球释放,小球将在竖直面内摆动,若预先在该平面内钉一个小钉子于点,与竖直方向夹角为θ,为使小球能绕点在竖直面内做圆周运动,的距离应满足什么条件?

答案:略
解析:

d=3L/(32cosθ)

在小球运动过程中,小球受重力和轻绳拉力作用,拉力方向始终与运动方向垂直,故在小球的运动过程中只有重力对它做功,满足机械能守恒定律.另外,要使小球能绕点在竖直面内做圆周运动,也就是小球在小圆最高点B点不掉下来,此时轻绳结小球拉力恰为零,由重力提供小球在B点的向心力.

选取A点所在的水平面为参考面,则有:

由机械能守恒定律得:

由牛顿第二定律得:

由几何关系得:dr=L

由①②③三式解得:d=3L/(32cosθ)

在应用机械能守恒定律的一船表达式解题时,注意重力势能零参考面的选取,选得巧,可使求解过种变得容易.


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