Question

【題目】如圖所示，一根長為0.1 m的細線，一端系著一個質(zhì)量是0.18kg的小球，拉住線的另一端，使球在光滑的水平桌面上做勻速圓周運動，當小球的轉(zhuǎn)速增加到原轉(zhuǎn)速的3倍時，細線斷裂，這時測得線的拉力比原來大40 N．求：

（1）線斷裂的瞬間，線的拉力；

（2）這時小球運動的線速度；

（3）如果桌面高出地面0.8 m，線斷裂后小球沿垂直于桌子邊緣的方向水平飛出去落在離桌面的水平距離．

Answer 1

【答案】（1）線斷裂的瞬間，線的拉力為45N；

（2）線斷裂時小球運動的線速度為5m/s；

（3）落地點離桌面邊緣的水平距離2m．

【解析】

(1)小球在光滑桌面上做勻速圓周運動時受三個力作用;重力mg、桌面彈力FN和細線的拉力F,重力mg和彈力FN平衡，線的拉力提供向心力，有：

FN=F=mω2R，

設(shè)原來的角速度為ω0,線上的拉力是F0,加快后的角速度為ω,線斷時的拉力是F1，則有：

F1:F0=ω2: =9:1，

又F1=F0+40N，

所以F0=5N,線斷時有：F1=45N.

(2)設(shè)線斷時小球的線速度大小為v,由F1=，

代入數(shù)據(jù)得：v=5m/s.

(3)由平拋運動規(guī)律得小球在空中運動的時間為：t==0.4s，

則落地點離桌面的水平距離為：x=vt=5×0.4=2m.