Question

如圖所示，一個光滑的圓錐體固定在水平圓盤上，其軸線沿豎直方向并與圓盤中心重合，母線與軸線間的夾角為θ．一條長為l的細(xì)繩，一端固定在圓錐體的頂點O處，另一端拴著一質(zhì)量為m的小球（可視為質(zhì)點）．現(xiàn)讓圓錐體繞其中心軸線由靜止開始轉(zhuǎn)動，求當(dāng)其角速度由零增大到

2g lcosθ

且穩(wěn)定時的過程中，細(xì)繩拉力對小球所做的功．

Answer 1

分析：本題的關(guān)鍵要清楚當(dāng)其角速度由零增大到

2g lcosθ

且穩(wěn)定時的狀態(tài)．
對小球進(jìn)行受力分析，根據(jù)向心力的大小和方向找出穩(wěn)定后細(xì)繩與豎直方向夾角．
根據(jù)動能定理求解細(xì)繩拉力對小球所做的功．

解答：解：小球?qū)⒁�離開斜面時的角速度為ω₀，有
mgtanθ=mω₀²?lsinθ    
得ω₀=

g lcosθ

由于ω＞ω₀，小球離開斜面，穩(wěn)定后細(xì)繩與豎直方向夾角為α，故
mgtanα=mω²?lsinα         
解得cosα=

1

2

cosθ
在此過程中，根據(jù)動能定理有
W-mgl（cosθ-cosα）=

1

2

mv²
v=ω?lsinα        
解得W=mgl（

cosθ

4

+

1

cosθ

）      
答：細(xì)繩拉力對小球所做的功為mgl（

cosθ

4

+

1

cosθ

）．

點評：了解研究對象的運動過程是解決問題的前提，根據(jù)題目已知條件和求解的物理量選擇物理規(guī)律解決問題．
動能定理的應(yīng)用范圍很廣，可以求速度、力、功等物理量，特別是可以去求變力功．