问题
选择题
(2011年江西八校联考)如图5-3-13所示,用长为L的轻绳把一个小铁球悬挂在高2L的O点处,小铁球以O为圆心在竖直平面内做圆周运动且恰能到达最高点B处,则有( )
图5-3-13
A.小铁球在运动过程中轻绳的拉力最大为5mg
B.小铁球在运动过程中轻绳的拉力最小为mg
C.若运动中轻绳断开,则小铁球落到地面时的速度大小为
D.若小铁球运动到最低点轻绳断开,则小铁球落到地面时水平位移为2L
答案
答案:C
选C.小铁球以O为圆心在竖直平面内做圆周运动且恰能到达最高点B处,说明小铁球在最高点B处,轻绳的拉力最小为零,mg=mv2/L,v=;由机械能守恒定律得,小铁球运动到最低点时动能为mv/2=mv2/2+mg·2L,在最低点轻绳的拉力最大,由牛顿第二定律得F-mg=mv/L,联立解得轻绳的拉力最大为F=6mg;选项A、B错误;以地面为重力势能参考平面,小铁球在B点处的总机械能为mg·3L+mv2=mgL,无论轻绳是在何处断开,小铁球的机械能总是守恒的,因此到达地面时的动能为mv′2=mgL,落到地面时的速度大小为v′=,选项C正确;小铁球运动到最低点时速度v1=,由s=v1t,L=gt2,联立解得小铁球落到地面时的水平位移为s=L,选项D错误.