如图所示,质量m=2kg的小球用长L=1.05m的轻质细绳悬挂在距水平地面高H=6.05m的O点.现将细绳拉直至水平状态

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  • 解题思路:(1)小球从A→B的过程中,绳子的拉力不做功,机械能守恒,可根据机械能守恒定律求出小球刚到达B点时的速度.小球运动到B点时的细绳的拉力最大,运用牛顿第二定律和向心力公式求解;

    (2)细绳断裂后,小球做平抛运动,根据平抛运动的规律即可求解时间;

    (3)根据机械能守恒列式,求解;

    (4)根据机械能守恒和平抛运动的规律结合,得到小球落地点距B点的水平距离与L1的关系式,根据数学知识求解.

    (1)小球从A→B过程,根据机械能守恒定律得:mgL=

    1

    2m

    v2B−0

    经B点时,由牛顿第二定律得:FB−mg=

    m

    v2B

    L

    解得:最大拉力FB=3mg=3×2×10N=60N

    (2)小球从B→C过程做平抛运动,则有:H−L=

    1

    2gt2

    解得:t=

    2(H−L)

    g=

    2×(6.05−1.05)

    10s=1s

    (3)从A→B→C过程,根据机械能守恒得:mgH=

    1

    2m

    v2C−0

    解得:vC=

    2gH=

    2×10×6.05m/s=11m/s

    (4)从A1→B1过程,根据机械能守恒得:mgL1=[1/2mv2-0

    B1→C1过程:H-L1=

    1

    2]gt

    21

    x1=vt1

    联立得:x1=

    4L1(H−L1)

    当L1=H-L1,即L1=[H/2]=[6.05/2]m=3.025m时,水平距离x1最大.

    答:(1)细绳能承受的最大拉力为60N;(2)细绳断裂后小球在空中运动所用的时间为1s;(3)小球落地瞬间速度的大小为11m/s;(4)当L1为3.025m时,小球落地点距B点的水平距离最大.

    点评:

    本题考点: 机械能守恒定律;牛顿第二定律;向心力.

    考点点评: 本题是机械能守恒和牛顿第二定律、向心力和数学知识的综合,理清物理过程,寻找物理规律是关键,难点是运用函数法求解水平位移的最大值.