Question

15．長(zhǎng)為L(zhǎng)的細(xì)線，拴一個(gè)質(zhì)量為m的小球，一端固定于O點(diǎn)，讓其在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)（這種運(yùn)動(dòng)通常稱(chēng)為圓錐擺運(yùn)動(dòng)），如圖所示，當(dāng)擺線與豎直 方向的夾角為θ時(shí)，求：
（1）細(xì)線的拉力T的大小
（2）小球運(yùn)動(dòng)的線速度大小
（3）小球運(yùn)動(dòng)的周期．

Answer 1

分析 （1、2）小球在重力和擺線的拉力的合力作用下做圓周運(yùn)動(dòng)，靠這兩個(gè)力的合力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律求出線的拉力和線速度大小；
（3）根據(jù)周期和線速度的關(guān)系求解周期．

解答 解：（1）小球受重力和線的拉力作用，由這兩個(gè)力的合力提供向心力，
根據(jù)力的合成法得：
$T=\frac{mg}{cosθ}$
（2）根據(jù)幾何關(guān)系  r=Lsinθ…①
又由  $mgtanθ=m\frac{v^2}{r}$…②
由①②得   v=$\sqrt{gLtanθsinθ}$
（3）由  $T=\frac{2πr}{v}$得：
$T=2π\(zhòng)sqrt{\frac{Lcosθ}{g}}$
答：（1）細(xì)線的拉力T的大小為$\frac{mg}{cosθ}$；
（2）小球運(yùn)動(dòng)的線速度大小為$\sqrt{gLtanθsinθ}$；
（3）小球運(yùn)動(dòng)的周期為$2π\(zhòng)sqrt{\frac{Lcosθ}{g}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題是圓錐擺問(wèn)題，關(guān)鍵要正確分析受力，搞清小球做圓周運(yùn)動(dòng)向心力的來(lái)源：重力和拉力的合力，要注意小球圓周運(yùn)動(dòng)的半徑不是L，而是Lsinθ．