小明站在水平地面上,手握不可伸长的轻绳一端,绳的另一端系有质量为m的小球,甩动手腕,使球在竖直平面内做圆周运动.当球某次运动到最低点时,绳突然断掉,球飞行水平距离d后落地,如图所示,已知握绳的手离地面高度为d,手与球之间的绳长为,重力加速度为g.忽略手的运动半径和空气阻力.求:
(1)绳断时球的速度大小v1;
(2)绳能承受的最大拉力;
(3)球落地的速度.
网友回答
解:(1)由平抛运动的规律得:竖直方向?
???????????????????? ? ??? ? 水平方向d=v1t
???? 解得???? ? v1=
???? (2)小球做圆周运动有牛顿第二定律得:F-mg=,
???? 解得????????? F=
???? (3)对下落过程由动能定理得:mg=
?????? v=
答:(1)绳断时球的速度大小;
(2)绳能承受的最大拉力为;
(3)球落地的速度为.
解析分析:绳断后小球做平抛运动,竖直方向做自由落体运动,高度为=,水平方向匀速直线运动,d=v1t,可求得v1;有圆周运动公式F-mg=,可求绳的拉力F;对平抛运动过程用动能定理可求末速度.
点评:考查了平抛运动的规律、圆周运动结合动能定理,较难.