解题思路:(1)小球从最高点运动到最低点机械能守恒,列出等式表示出小球在A、B两点时的速度分别为vA、vB
的关系.在A、B两点对小球进行受力分析,根据牛顿第二定律求解.
(2)小球恰好能在斜面上做完整的圆周运动,则小球通过A点时细线的拉力为零.根据圆周运动规律和牛顿第二定律求出A点速度.小球从A点运动到B点,根据机械能守恒定律列出等式求出B点速度.小球运动到A点或B点时细线断裂,小球在平行于底边的方向上匀速运动,在垂直于底边的方向上做初速为零的匀加速运动,根据运动规律求解.
(1)设小球在A、B两点时的速度分别为vA、vB
则由机械能守恒:
1
2mvB2=
1
2mvA2+mg•2lsinθ
在A点:TA+mgsinθ=m
vA2
l
在B点:TB−mgsinθ=m
vB2
l
则A、B两点拉力之差TB-TA=6mgsinθ 此为一恒量
(2)小球恰好能在斜面上做完整的圆周运动,则小球通过A点时细线的拉力为零.根据圆周运动规律和牛顿第二定律有mgsinθ=m
v2A
l,
解得 vA=
glsinθ.
小球从A点运动到B点,根据机械能守恒定律有
[1/2m
v2A+mg•2lsinθ=
1
2m
v2B],
解得 vB=
5glsinθ.
小球运动到A点火B点时细线断裂,小球在平行于底边的方向上匀速运动,在垂直于底边的方向上做初速为零的匀加速运动(类平抛运动).
细线在A点断裂:L+l=
1
2a
t2A,sA=vAtA,
细线在B点断裂:L−l=
1
2a
t2B,sB=vBtB,
又 sA=sB,联立解得 L=
3
2l.
答:(1)证明过程在上面.
(2)l和L应满足关系是L=
3
2l.
点评:
本题考点: 机械能守恒定律;匀变速直线运动的位移与时间的关系.
考点点评: 本题的综合性较强,要了解物体做圆周运动的特点,同时也用到了类平抛的知识和机械能守恒,是一个很好的综合题目,很能考查学生的分析解题能力.