Question

如圖所示，一個(gè)人用一根長(zhǎng)1m，只能承受46N拉力的繩子，拴著一個(gè)質(zhì)量為1kg的小球，在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)．已知圓心O離地面h=6m，轉(zhuǎn)動(dòng)中小球在最低點(diǎn)時(shí)繩子斷了．
求：
（1）繩子斷時(shí)小球運(yùn)動(dòng)的角速度多大？
（2）繩斷后，小球落地點(diǎn)與拋出點(diǎn)間的水平距離．

Answer 1

分析：（1）繩子斷時(shí)，繩子的拉力恰好是46N，對(duì)小球受力分析，根據(jù)牛頓第二定律和向心力的公式可以求得角速度的大小；
（2）繩斷后，小球做平拋運(yùn)動(dòng)，根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可以求得落地點(diǎn)與拋出點(diǎn)間的水平距離．

解答：解：（1）對(duì)小球受力分析，根據(jù)牛頓第二定律和向心力的公式可得，
F-mg=mrω²，
所以ω=

F-mg mr

=6rad/s．
（2）由V=rω可得，繩斷是小球的線速度大小為V=6m/s，
繩斷后，小球做平拋運(yùn)動(dòng)，
水平方向上：x=V₀t    
豎直方向上：h=

1

2

gt2
代入數(shù)值解得 x=6m
小球落地點(diǎn)與拋出點(diǎn)間的水平距離是6m．
答：（1）繩子斷時(shí)小球運(yùn)動(dòng)的角速度為6rad/s．
（2）繩斷后，小球落地點(diǎn)與拋出點(diǎn)間的水平距離為6m．

點(diǎn)評(píng)：小球在最低點(diǎn)時(shí)繩子恰好斷了，說(shuō)明此時(shí)繩的拉力恰好為46N，抓住這個(gè)臨界條件，再利用圓周運(yùn)動(dòng)和平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律求解即可．