问题 问答题

如图所示,长为l的绳子下端连着质量为m的小球,上端悬于天花板上,当把绳子拉直时,绳子与竖直线夹角为60°,此时小球静止于光滑水平桌面上.

(1)当球以ω=

g
l
做圆锥摆运动时,绳子张力T为多大?桌面受到压力N为多大?

(2)当球以角速度ω=

4g
l
做圆锥摆运动时,绳子的张力及桌面受到的压力各为多少?

答案

(1)对小球受力分析,作出力图如图1.

根据牛顿第二定律,得

   Tsin60°=mω2Lsin60°①

   mg=N+Tcos60°  ②

又ω=

g
l

解得

   T=mg,N=

1
2
mg

(2)设小球对桌面恰好无压力时角速度为ω0,即N=0

代入①②得ω0=

2g
L

由于ω=

4g
l
>ω0,故小球离开桌面做匀速圆周运动,则N=0此时小球的受力如图2.设绳子与竖直方向的夹角为θ,则有

  mgtanθ=mω2?Lsinθ③

   mg=Tcosθ        ④

联立解得  T=4mg

答:

(1)当球以ω=

g
l
做圆锥摆运动时,绳子张力T=mg,桌面受到压力N=
1
2
mg

(2)当球以角速度ω=

4g
l
做圆锥摆运动时,绳子的张力为4mg,桌面受到的压力为零.

单项选择题
单项选择题 A1型题