Question

（2013?濱州一模）如圖所示，一根長(zhǎng)為L(zhǎng)=5m的輕繩一端固定在 O′點(diǎn)，另一端系一質(zhì)量m=1kg的小球（小球可視為質(zhì)點(diǎn)）．將輕繩拉至水平并將小球由位置A靜止釋放，小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)O時(shí)，輕繩剛好被拉斷．O點(diǎn)下方有一以O(shè)點(diǎn)為圓心，半徑R=5

5

m的圓弧狀的曲面，已知重力加速度為 g=10m/s²，求：
（1）輕繩所能承受的最大拉力F_m的大小；
（2）小球從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到曲面的時(shí)間t；
（3）小球落至曲面上的動(dòng)能E_k．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)機(jī)械能守恒定律求出小球擺到最低點(diǎn)時(shí)的速度，結(jié)合牛頓第二定律求出繩子承受的拉力．
（2）小球做平拋運(yùn)動(dòng)，在水平方向和豎直方向上位移的平方和等于曲面半徑的平方，根據(jù)該關(guān)系求出小球的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，從而得出落到曲面上水平分速度和豎直分速度，求出小球的動(dòng)能．

解答：解：（1）小球由A到O的過(guò)程中機(jī)械能守恒，有：mgL=

1

2

mv02
在O點(diǎn)有：Fm-mg=m

v02

L

解得：F_m=3mg=30N．
由牛頓第三定律得，細(xì)線所能承受的最大拉力為30N．
（2）小球從O點(diǎn)平拋，有：
x=v₀t
y=

1

2

gt2
小球落到曲面上，有：
x²+y²=R²
聯(lián)立解得：t=1s
（3）小球落至曲面上的動(dòng)能：
EK=

1

2

m[v02+(gt)2]
解得：E_k=100J．
答：（1）輕繩所能承受的最大接力Fm的大小為30N．
（2）小球從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到曲面的時(shí)間為1s；
（3）小球落至曲面上的動(dòng)能為100J．

點(diǎn)評(píng)：本題考查圓周運(yùn)動(dòng)和平拋運(yùn)動(dòng)的綜合，知道平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向和豎直方向上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式進(jìn)行求解．