Question

如圖所示，一根長(zhǎng)0.1m的細(xì)線，一端系著一個(gè)質(zhì)量為0.18kg的小球，拉住線的另一端，使球在光滑的水平桌面上作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，使小球的轉(zhuǎn)速很緩慢地增加，當(dāng)小球的角速度增加到50rad/s時(shí)，細(xì)線斷開(kāi)，（g取10m/s²）求：
（1）線斷開(kāi)前的瞬間，線的拉力大�。�
（2）線斷開(kāi)的瞬間，小球運(yùn)動(dòng)的線速度大�。�
（3）如果小球離開(kāi)桌面時(shí)，速度方向與桌邊的夾角為60°，桌面高出地面0.8m，求小球飛出后的落地點(diǎn)距桌邊的水平距離．

Answer 1

解：（1）小球在光滑桌面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)受三個(gè)力作用；重力mg、桌面彈力F_N和細(xì)線的拉力F，重力mg和彈力F_N平衡，
線的拉力提供向心力，F(xiàn)=F_n=mω²R=0.18×50²×0.1N=45N
（2）設(shè)線斷時(shí)小球的線速度大小為υ，
由，得．
（3）由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律得小球在空中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間s=0.4s
小球落地處離開(kāi)桌面的水平距離x=υt=5×0.4m=2m
則小球飛出后的落地點(diǎn)到桌邊緣的水平距離為l=xsin60°=1.73 m．
答：（1）線斷裂的瞬間，線的拉力為45N；
（2）這時(shí)小球運(yùn)動(dòng)的線速度為5m/s；
（3）球飛出后的落地點(diǎn)到桌邊緣的水平距離為1.73 m．
分析：（1）小球在水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，由線的拉力提供向心力，運(yùn)用牛頓第二定律結(jié)合已知條件求解線受到的拉力大�。�
（2）根據(jù)拉力，由牛頓第二定律求出速度大小．
（3）小球離開(kāi)桌面后做平拋運(yùn)動(dòng)，由高度求出時(shí)間，根據(jù)幾何知識(shí)求出小球飛出后的落地點(diǎn)距桌邊緣的水平距離．
點(diǎn)評(píng)：本題是圓周運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)和幾何知識(shí)的綜合應(yīng)用，情景比較簡(jiǎn)單，對(duì)于第（3）問(wèn)也可作圖理解．