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如图所示,一质量为M的人站在台秤上,手拿一个质量为m、悬线长为R的小球(其中M>...

如图所示,一质量为M的人站在台秤上,手拿一个质量为m、悬线长为R的小球(其中M>m),在竖直平面内使小球做圆周运动,且小球恰好能通过圆轨道的最高点.求:
(1)小球在圆周运动过程中的最大速度;
(2)台秤示数的最大值;
(3)台秤示数的最小值.

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知道小球恰好能通过圆轨道的最高点的临界条件. 小球运动到最低点时悬线对人的拉力最大,且方向竖直向下,故台秤示数最大, 根据机械能守恒和牛顿第二定律求出拉力在竖直方向的最小值. 【解析】 (1)小球恰好能通过圆轨道的最高点,由机械能守恒及牛顿第二定律有: 其中υ表示小球在圆轨道最高点时的速度        由此得小球通过最低点时的速度,亦即最大速度为  (2)小球运动到最低点时悬线对人的拉力最大,且方向竖直向下,故台秤示数最大, 小球通过最低点时,据牛顿第二定律有 解得T=6mg 所以台秤的最大示数为F=(M+6m)g (3)当小球处于如图所示状态时, 设其速度为v1,由机械能守恒有 由牛顿第二定律有: 解得悬线拉力     T=3mg(1-cosθ) 其分力Ty=Tcosθ=3mgcosθ-3mgcos2θ 当cosθ=,即θ=60°时, 台秤的最小示数为.
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考点分析:
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经过计算可知,测量值比当地重力加速度的真实值要小,其主要原因是:______
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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