一质量m=0.9kg的小球,系于长L=0.9m的轻绳一端,绳的另一端固定在O点,假定绳不可伸长、柔软且无弹性.现将小球从O点的正上方O1点以初速度v0=2.25m/s水平抛出,已知OO1=0.8m,如图所示.
(g取10m/s2)
17.试求:
(1)轻绳刚伸直时,绳与竖直方向的夹角θ;
(2)当小球到达O点的正下方时,小球对绳的拉力。
(1);(2)43N,方向竖直向下
(1)质点做平抛运动,当绳刚伸直时,设绳与竖直方向的夹角为.如图所示,则
其中,L=0.9m,,
,联立解得:
,t=0.4s(2分)
(2)绳绷直时刚好水平,如图所示,由于绳不可伸长,故绳绷直瞬间,分速度立即减为零,小球仅有竖直速度
,且
(2分)
小球在竖直平面内做圆周运动,设小球到达O点正下方时的速度为,根据机械能守恒有:
(2分)
小球在最低点,设绳对球的拉力为F,由牛顿第二定律得:
(1)先将平抛运动沿水平和竖直方向正交分解,根据位移公式和几何知识列式求解绳与竖直方向的夹角;
(2)当绳刚绷直时,由于绳不可伸长,则沿绳子方向的速度立即减为零,只有垂直于绳的速度.此后向下摆动的过程,机械能守恒,由机械能守恒定律求出小球到达O点的正下方的速度,再由牛顿第二定律求绳的拉力.
本题能不能将小球的运动分为两个过程进行研究,是否明确绳突然绷紧的瞬时过程,沿绳方向的分速度会发生突变是此题的易错点.