Question

如圖所示，一根長(zhǎng)0.1m的細(xì)線，一端系著一個(gè)質(zhì)量為0.18kg的小球，使小球在光滑的水平桌面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)使小球的轉(zhuǎn)速很緩慢地增加，當(dāng)小球的轉(zhuǎn)速增加到開始時(shí)轉(zhuǎn)速的3倍時(shí)細(xì)線斷開，且線斷開前的瞬間線的拉力比開始時(shí)大40N，g取10m/s²，求：
（1）線斷開前的瞬間，線的拉力大小
（2）線斷開的瞬間，小球運(yùn)動(dòng)的速度大小
（3）若小球最終從桌邊AB離開桌面，且離開桌面時(shí)，速度方向與桌邊AB的夾角為60°，桌面高出地面0.8m，求小球飛出后的落地點(diǎn)距桌邊AB的水平距離．

Answer 1

分析：（1）線末斷開前，由線的拉力提供向心力．由題意：小球的轉(zhuǎn)速增加到開始時(shí)轉(zhuǎn)速的3倍時(shí)細(xì)線斷開，根據(jù)向心力公式可得到線斷開時(shí)線的拉力與原來拉力的倍數(shù)；結(jié)合條件：線斷開前的瞬間線的拉力比開始時(shí)大40N，即可求出線斷開前的瞬間，線的拉力大小．
（2）由向心力公式F=m

v2

R

求出小球的速度大小．
（3）小球離開桌面后做平拋運(yùn)動(dòng)，由高度求出時(shí)間，并求出平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移，根據(jù)所求的距離與水平位移的數(shù)學(xué)關(guān)系求解．

解答：解：（1）設(shè)開始時(shí)轉(zhuǎn)速為n₀，線的拉力為F₀，線斷開的瞬間的轉(zhuǎn)速為n，線的拉力為F．
        由向心力公式F=m（2πn）²R
         可得：

F

F 0

=

n2

n02

=

9

1

             又由題意F=F₀+40
        得：F=45N
   （2）設(shè)線斷開時(shí)速度為v，
      由公式F=m

v2

R

    得：v=5m/s
   （3）小球離開桌面后做平拋運(yùn)動(dòng)，飛行時(shí)間為t=

2h g

=0.4S
        水平位移大小s=vt=2m
作出俯視圖如圖，則小球飛出后的落地點(diǎn)距桌邊AB的水平距離．l=s×sin60°=1.73m
答：（1）線斷開前的瞬間，線的拉力大小為45N；
    （2）線斷開的瞬間，小球運(yùn)動(dòng)的速度大小為5m/s；
    （3）小球飛出后的落地點(diǎn)距桌邊AB的水平距離為1.73m．

點(diǎn)評(píng)：對(duì)于勻速圓周運(yùn)動(dòng)，基本方程是“指向圓心的合力”等于向心力，即F_合=F_n，關(guān)鍵分析向心力的來源．