解题思路:(1)线末断开前,由线的拉力提供向心力.由题意:小球的转速增加到开始时转速的3倍时细线断开,根据向心力公式可得到线断开时线的拉力与原来拉力的倍数;结合条件:线断开前的瞬间线的拉力比开始时大40N,即可求出线断开前的瞬间,线的拉力大小.
(2)由向心力公式F=m
v
2
R
求出小球的速度大小.
(3)小球离开桌面后做平抛运动,由高度求出时间,并求出平抛运动的水平位移,根据所求的距离与水平位移的数学关系求解.
(1)线的拉力等于向心力,设开始时角速度为ω0,向心力是F0,线断开的瞬间,角速度为ω,
线的拉力是F
则:F0=mω02R ①
F=mω2R ②
由①②得[F
F0=
ω2
ω02=
9/1] ③
又因为F=F0+78.4N; ④
由③④得F=88.2N
(2)设线断开时速度为v
由F=m
v2
R,
得:v=
FR
m=7m/s
(3)设桌面高度为h,小球落地经历时间为t.
t=
2h
g=
2×0.8
10=0.4s
则小球飞出后的落地点到桌边线的水平距离为
lvsin60°•t=1.4
3=2.42m
答:(1)线断开前的瞬间,线受到的拉力大小88.2N;
(2)线断开的瞬间,小球运动的线速度7m/s;
(3)小球飞出后的落地点距桌边线的水平距离2.42m.
点评:
本题考点: 向心力;牛顿第二定律;平抛运动.
考点点评: 对于匀速圆周运动,基本方程是“指向圆心的合力”等于向心力,即F合=Fn,关键分析向心力的来源.