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如图所示,长l的细绳一端系质量m的小球,另一端固定于O点,细绳所能承受拉力的最大...

如图所示,长l的细绳一端系质量m的小球,另一端固定于O点,细绳所能承受拉力的最大值是7mg.现将小球拉至水平并由静止释放,又知图中O′点有一小钉,为使小球可绕O′点做竖直面内的圆周运动.试求OO′的长度d与θ角应满足的关系(设绳与小钉O′相互作用中无能量损失).

 说明: 6ec8aac122bd4f6e

 

【解析】本题考查圆周运动、动能定理、机械能守恒的应用,在临界状态的受力和特点是本题的难点, 设小球能绕O′点完成圆周运动,如图所示.其最高点为D,最低点为C.对于D点,依向心力公式有     (1)(2分) 其中vD为D点速度,vD可由机械能守恒定律求知,取O点为重力势能的零势能位置,则 (2)(2分) 将(1)式与(2)式联立,解之可得(1分) 另依题意细绳上能承受的最大拉力不能超过7mg,由于在最低点C,绳所受拉力最大,故应以C点为研究对象,并有 (3)     (1分)    其中vC是C点速度, 可由机械能守恒定律求知(4) (2分) 将(3)式与(4)式联立,解之可得(1分) (1分)
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说明: 6ec8aac122bd4f6e

 

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说明: 6ec8aac122bd4f6e

 

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