如图所示.质量是1kg的小球用长为0.5m的细线悬挂在O点.O点距地面高度为1m.如果使小球绕OO′轴载水平面内做圆周运动.若细线最大承受拉力为12.5N.求:(1)当小球的角速度为多大时.线将断裂,(2)线断裂后.小球经过多长时间落地,(3)小球落地点与点O′的水平距离.(g=10m/s2) 题目和参考答案――青夏教育精英家教网――

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如图所示.质量是1kg的小球用长为0.5m的细线悬挂在O点.O点距地面高度为1m.如果使小球绕OO′轴载水平面内做圆周运动.若细线最大承受拉力为12.5N.求:(1)当小球的角速度为多大时.线将断裂,(2)线断裂后.小球经过多长时间落地,(3)小球落地点与点O′的水平距离.(g=10m/s2) 题目和参考答案――青夏教育精英家教网――

2024-07-17 16:07| 来源: 网络整理| 查看: 265

分析 (1)小球靠拉力和重力的合力提供向心力,根据几何关系求出最大向心力,根据向心力公式求出最大角速度;(2)绳断裂后,小球做平抛运动,根据平抛运动的基本公式即可求解;(3)根据x=vt求出小球在水平方向的位移,然后结合几何关系即可求出.

解答 解:(1)小球在水平面内做圆周运动时,由重力G和拉力F的合力提供向心力,当绳子拉力为12.5N时,向心力最大,则有:F合=$\sqrt{{F}^{2}-(mg)^{2}}$=7.5N根据几何关系得:r=L•$\frac{3}{5}$=0.3m根据向心力公式得:F合=mω2L•$\frac{3}{5}$解得:ω=5rad/s(2)绳断裂后,小球做平抛运动,竖直方向下落的高度h=1-0.5×$\frac{4}{5}$=0.6m所以t=$\sqrt{\frac{2h}{g}}$=$\sqrt{0.12}$s=$\frac{\sqrt{3}}{5}$s(3)小球的初速度:v=ωr=1.5m/s水平位移为:x0=vt=$\frac{3\sqrt{3}}{10}$m根据几何关系可知:x=$\sqrt{{x}_{0}^{2}+{r}^{2}}$=0.6m答:(1)当小球的角速度为5rad/s时,线将断裂.(2)线断裂后,小球经过$\frac{\sqrt{3}}{5}$s时间落地;(3)断裂后小球落地点与悬点的水平距离为0.6m.

点评 该题结合圆锥摆考查平抛运动,解决本题的关键搞清小球做圆周运动向心力的来源,运用牛顿第二定律进行求解.



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