Question

【題目】小明站在水平地面上，手握不可伸長的輕繩一端，繩的另一端系有質量為m的小球，甩動手腕，使球在豎直平面內做圓周運動。當球某次運動到最低點時，繩突然斷掉，球飛行水平距離d后落地，如圖所示。已知握繩的手離地面高度為d，手與球之間的繩長為d，重力加速度為g。忽略手的運動半徑和空氣阻力。

（1）求繩斷開時球的速度大小v1

（2）問繩能承受的最大拉力多大？

（3）改變繩長，使球重復上述運動，若繩仍在球運動到最低點時斷掉，要使球拋出的水平距離最大，繩長應為多少？最大水平距離為多少？

Answer 1

【答案】(1) (2) (3)

【解析】

（1）設繩斷后球做平拋運動的時間為t1，

豎直方向上：

水平方向上：

d=v1t1

解得：

（2）設繩能承受的最大拉力為Fm，球做圓周運動的半徑為：

R=，

解得：Fm=。

（3）設繩長為l，繩斷時球的速度為v2．有：

解得：v2=。

繩斷后球做平拋運動，豎直位移為d-l，水平位移為x，時間為t2。

豎直方向有：

水平方向有：

x=v2t2

得

x=v2t2=。

根據數學關系有當l=時，x有極大值為：xm=。