精英家教網(wǎng)如圖所示,長為 L的細(xì)繩一端固定,另一端系一質(zhì)量為m的小球.給小球一個合適的初速度,小球便可在水平面內(nèi)做勻速圓周運動,這樣就構(gòu)成了一個圓錐擺,設(shè)細(xì)繩與豎直方向的夾角為θ.下列說法中正確的是( 。
A、小球受重力、繩的拉力和向心力作用B、小球做圓周運動的半徑為LC、θ越大,小球運動的速度越大D、θ越大,小球運動的周期越大
分析:小球在水平面內(nèi)做勻速圓周運動,由合力提供向心力.分析小球的受力:受到重力、繩的拉力,二者的合力提供向心力,向心力是效果力,不能單獨分析物體受到向心力.然后用力的合成求出向心力:mgtanθ,用牛頓第二定律列出向心力的表達(dá)式,求出線速度v和周期T的表達(dá)式,分析θ變化,由表達(dá)式判斷v、T如何變化.
解答:解:
A、小球只受重力和繩的拉力作用,二者合力提供向心力,故A錯誤.
B、小球做圓周運動的半徑為 R=Lsinθ.故B錯誤.
C、D向心力大小為:Fn=mgtanθ,小球做圓周運動的半徑為:R=Lsinθ,則由牛頓第二定律得:mgtanθ=m
v2
R
=m
4π2
T2
R

則得線速度:v=
gLsinθtanθ
,則θ越大,sinθ、tanθ越大,小球運動的速度越大.
小球運動周期:T=2π
Lcosθ
g
,則θ越大,小球運動的周期越小,故C正確.D錯誤.
故選:C
點評:本題是圓錐擺問題,關(guān)鍵分析受力,確定向心力的來源.在分析受力時,向心力不要單獨分析,避免與其他力的效果重復(fù).
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(1)小球在最低點的速度;
(2)細(xì)繩碰到釘子后瞬間,細(xì)繩對小球的拉力;
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9
2
gL
,忽略摩擦阻力和空氣阻力,則以下判斷正確的是( 。
A、小球不能到達(dá)P點
B、小球到達(dá)P點時的速度大于
gL
C、小球能到達(dá)P點,且在P點受到輕桿向下的拉力
D、小球能到達(dá)P點,且在P點受到輕桿向上的支持力

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