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如图所示 水平圆盘半径为R 可绕过圆盘中心的竖直轴转动 在圆盘的边缘用长为R的细线

时间:2022-07-18 04:36:18

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如图所示 水平圆盘半径为R 可绕过圆盘中心的竖直轴转动 在圆盘的边缘用长为R的细线

问题补充:

如图所示,水平圆盘半径为R,可绕过圆盘中心的竖直轴转动,在圆盘的边缘用长为R的细线拴着质量为m的小球,圆盘静止时小球离地面高度为,拴小球的细线能承受的最大拉力为,现让圆盘转动的角速度缓慢增加,求:①细线欲断不断时圆盘转动的角速度为多大?②细线断开后小球落地点到转轴的距离为多少?(结果保留根号)

答案:

解:(1)设细线的拉力恰好达到最大时与竖直方向的夹角为α,此时,小球圆周运动的半径为r=R+Rsinα.

∵cosα==∴α=30°,所以r=

根据牛顿第二定律得

?? mgtan30°=mω2r

解得ω=

(2)细线断开后小球做平抛运动,初速度为v=ωr=

高度h=R+-Rcos30°=R

则平抛运动的时间为t=,水平位移x=vt

根据几何知识得到,细线断开后小球落地点到转轴的距离为

?? S==

答:

①细线欲断不断时圆盘转动的角速度为ω=.

②细线断开后小球落地点到转轴的距离为.

解析分析:(1)让圆盘转动的角速度缓慢增加,细线与竖直方向的夹角缓慢增大,细线的拉力缓慢增大,细线能承受的拉力最大时,细线与竖直方向的夹角达到最大.由重力和细线的拉力的合力提供小球的向心力,根据牛顿第二定律求解角速度.

(2)细线断开后小球做平抛运动,由离地的高度求出运动时间,求出水平位移,由几何知识求出球落地点到转轴的距离.

点评:本题是圆锥摆与平抛运动的综合应用问题.容易产生错误的地方有两点:一是圆锥摆的半径,二是小球落地点到转轴的距离.

如图所示 水平圆盘半径为R 可绕过圆盘中心的竖直轴转动 在圆盘的边缘用长为R的细线拴着质量为m的小球 圆盘静止时小球离地面高度为 拴小球的细线能承受的最大拉力为 现让

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