解题思路:(1)静止时受力分析,根据平衡条件列式求解;
(2)对小球进行受力分析,根据牛顿第二定律列式即可求解;
(3)当细线AB张力为零时,绳子AC拉力和重力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律求出角速度的范围.
(1)对小球进行受力分析,由平衡条件得:
TAB=mgtan37°=0.75mg,TAC=
mg
cos37°=1.25mg
(2)根据牛顿第二定律得:
Tcosθ=mg,
Tsinθ-TAB=mω12lsinθ,
解得:ω1=
5g
12l
(3)由题意,当ω最小时,绳AC与竖直方向的夹角α=37°,受力分析,如图,则有
mgtanα=m(lsinα)ωmin2
解得:ωmin=
5g
4l
当ω最大时,绳AC与竖直方向的夹角β=53°,则
mgtanβ=m(lsinβ)ωmax2
解得:ωmax=
5g
3l,
所以ω的取值范围为
5g
4l≤ω≤
5g
3l.
答:(1)当装置处于静止状态时,AB细线上的拉力为0.75mg,AC细线上的拉力大小为1.25mg;
(2)若AB细线水平且拉力等于重力的一半,此时装置匀速转动的角速度ω1的大小为
点评:
本题考点: 向心力;线速度、角速度和周期、转速.
考点点评: 解决本题的关键理清小球做圆周运动的向心力来源,确定小球运动过程中的临界状态,运用牛顿第二定律进行求解.