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.