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如图所示,质量为m的小球,由长为l的细线系住,细线的另一端固定在A点,AB是过A...

manfen5.com 满分网如图所示,质量为m的小球,由长为l的细线系住,细线的另一端固定在A点,AB是过A的竖直线,E为AB上的中点,过E作水平线EF,在EF上钉铁钉D,现将小球拉直水平,然后由静止释放,小球在运动过程中,不计细线与钉子碰撞时的能量损失,不考虑小球与细线间的碰撞.
(1)若钉铁钉位置在E点,求细线与钉子碰撞前后瞬间,细线的拉力分别是多少?
(2)若小球恰能绕钉子在竖直面内做完整的圆周运动,求钉子位置D在水平线EF上距E点的距离ED的值是多少?
(1)若钉子在E点,则小球经过B点前后瞬间,速度大小不变,半径变为原来一半,先根据动能定理求出到达B点的速度,再根据向心力公式分别求出绳子的拉力; (2)小球恰好能在竖直平面内做圆周运动,在最高点重力提供向心力,列出方程,从释放到运动到最高点的过程中运用动能定理列出方程,联立即可求解. 【解析】 (1)小球从M点到B点的过程中,根据动能定理得:   mgl=mv2 碰前:T1-mg=m 解得:T1=3mg 细线与钉子碰撞前后小球的速度大小不变,则碰后瞬间: T2-mg=m 解得:T2=5mg (2)设D距E的距离为x.随着x的增大,绕钉子做圆周运动的半径越来越小,根据机械能守恒定律知,转至最高点的瞬时速度越来越大,当这个瞬时速度大于或等于临界速度时,小球就能到达圆的最高点了. 设钉子在D点小球刚能绕钉子做圆周运动到达圆的最高点,设ED=x.   则AD= 圆的半径r=l-AD=l- 在最高点:mg≤m 由机械能守恒定律得:    mg()= 联立解得,x≥ 答:(1)若钉铁钉位置在E点,求细线与钉子碰撞前后瞬间,细线的拉力分别是3mg和5mg; (2)若小球恰能绕钉子在竖直面内做完整的圆周运动,钉子位置D在水平线EF上距E点的距离ED的值是x≥.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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