题目内容

10.如图所示,小球A的质量为m,固定在轻细直杆L的一端,并随杆一起绕杆的另一端O点在竖直平面内做圆周运动,如果小球经过最高位置时,杆对球的作用力为拉力,拉力大小等于球的重力,不计空气阻力.
求:(1)球在最高处的速度大小;
(2)求当小球经过最低点时,杆对球的作用力大小和球的向心加速度大小.

分析 (1)在最高点,小球靠重力和杆子拉力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律求出小球在最高点的速度大小.
(2)根据动能定理求出小球运动到最低点的速度,结合牛顿第二定律求出杆对球的作用力大小,由$a=\frac{{v}^{2}}{L}$求的加速度

解答 解:(1)在最高点由牛顿第二定律得F+mg=m$\frac{{v}^{2}}{L}$
其中F=mg
解得v=$\sqrt{2gL}$
(2)从最高点到最低点有动能$mg•2L=\frac{1}{2}mv{′}^{2}-\frac{1}{2}m{v}^{2}$
解得$v′=\sqrt{6gL}$
在最低点由牛顿第二定律可得F-mg=$\frac{mv{′}^{2}}{L}$
解得F=7mg
向心加速度为a=$\frac{v{′}^{2}}{L}=6g$
答:(1)球在最高处的速度大小为$\sqrt{2gL}$;
(2)求当小球经过最低点时,杆对球的作用力大小为7mg,球的向心加速度大小为6g

点评 解决本题的关键知道小球做圆周运动向心力的来源,结合牛顿第二定律进行求解

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