Question

某物理兴趣小组利用托盘探究小球用细线悬挂在竖直面内做圆周运动时，通过托盘称的读数来反映细线拉力的变化情况。实验器材有：托盘秤，铁架台，系有长度为L细线的小球等。

（1）分别将铁架台、小球放在托盘秤上，其读数分别为M和m。

（2）组装好实验装置如图所示。保持细线自然长度将小球拉至使细线处于水平位置，此时托盘秤读数为________（填写“M+m”或 “M”或“大于M+m”或“处于M和M+m之间”）。

（3）小球松手后，向下运动，此时看到托盘秤读数_______（填写“逐渐增大”或“逐渐减小”或“保持不变”）。

（4）当小球运动到最低点时，细线的拉力大小为________________。

Answer

M 逐渐增大 3mg

【解析】（2）将小球拉起至使细线处于水平位置，小球受到的外力的作用与其重力的大小是相等的，小球在水平方向的拉力是0，所以铁架台只受到重力与电子秤的支持力，则铁架台受到的支持力等于其重力，根据牛顿第三定律可知，此时电子秤受到的压力等于铁架台的支持力，则电子秤的读数为M．
（3）从释放小球至小球向下运动到最低点过程，小球做速度增大的圆周运动，向心力逐渐增大，同时细线与竖直方向增加的夹角减小，则小球受到的向心力在竖直方向的分力增大；根据牛顿第三定律可知，铁架台在竖直方向受到的细线的拉力增大，竖直方向受到的支持力也随着增大，所以电子秤读数增大；
（4）忽略空气阻力，当小球运动到最低点时，小球的机械能守恒，则：
mgl=mv2
又由于绳子的拉力与重力的合力提供向心力，则：F-mg=

联立得：F=3mg
根据牛顿第三定律，细线的拉力为3mg．