如图,一根长0.1m的细线,一端系着一个质量为0.18kg的小球,拉住线的另一端,使球在光滑的水平桌面上做匀速圆周运动.

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  • 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.

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