解题思路:(1)摆球摆到D点时,摆线的拉力最大,根据机械能守恒定律求出摆球摆到D点时速度,由牛顿第二定律求出摆线的最大拉力.(2)要使摆球能进入圆轨道,并且不脱离轨道,有两种情况:一种在圆心以下做等幅摆动;另一种能通过圆轨道做完整的圆周运动.小球要刚好运动到A点,对小球从D到A的过程,运用动能定理求出动摩擦因数μ的最大值;若小球进入A孔的速度较小,并且不脱离轨道,那么将会在圆心以下做等幅摆动,不脱离轨道,其临界情况为到达圆心等高处速度为零,根据机械能守恒和动能定理求出动摩擦因数.要使摆球能进入圆轨道,恰好到达轨道的最高点,就刚好不脱离轨道,在最高点时,由重力提供向心力,由牛顿第二定律求出此时小球的速度,对从D到轨道最高点的过程,运用动能定理求解动摩擦因数的最小值,即可得到μ的范围.
(1)当摆球由C到D运动,机械能守恒,则得:mg(L-Lcosθ)=[1/2]mv
2D
在D点,由牛顿第二定律可得:Fm-mg=m
v2D
L
联立可得:摆线的最大拉力为 Fm=2mg=10N
(2)小球不脱圆轨道分两种情况:
①要保证小球能达到A孔,设小球到达A孔的速度恰好为零,
对小球从D到A的过程,由动能定理可得:-μ1mgs=0-[1/2]mv
2D
解得:μ1=0.5
若进入A孔的速度较小,那么将会在圆心以下做等幅摆动,不脱离轨道.其临界情况为到达圆心等高处速度为零,由机械能守恒可得:[1/2]m
v2A=mgR
由动能定理可得:-μ2mgs=[1/2m
v2A]-[1/2]mv
2D
解得:μ2=0.35
②若小球能过圆轨道的 最高点则不会脱离轨道,在圆周的最高点,由牛顿第二定律可得:mg=m
v2
R
由动能定理可得:-μ2mgs-2mgR=[1/2mv2-
1
2]mv
2D
解得:μ3=0.125
综上所以摩擦因数μ的范围为:0.35≤μ≤0.5或者μ≤0.125
答:
(1)摆线能承受的最大拉力为10N.
(2)要使摆球能进入圆轨道并且不脱离轨道,粗糙水平面摩擦因数μ的范围为0.35≤μ≤0.5或者μ≤0.125.
点评:
本题考点: 动能定理;牛顿第二定律;机械能守恒定律.
考点点评: 本题关键是不能漏解,要知道摆球能进入圆轨道不脱离轨道,有两种情况,再根据牛顿第二定律、机械能守恒和动能定理结合进行求解.