Question

16．如圖甲所示，輕桿一端與質(zhì)量為0.3kg、可視為質(zhì)點(diǎn)的小球相連，另一端可繞光滑固定軸在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)．現(xiàn)使小球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，經(jīng)最高點(diǎn)開始計(jì)時(shí)，取水平向右為正方向，小球的水平分速度v隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示，A、B、C三點(diǎn)分別是圖線與縱軸、橫軸的交點(diǎn)、圖線上第一周期內(nèi)的最低點(diǎn)，該三點(diǎn)的縱坐標(biāo)分別是1、0、-5．g取10m/s²，不計(jì)空氣阻力．下列說法中正確的是（　　）

• A． B點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)刻，小球速度為零
• B． 小球在豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的周期3.0 s
• C． AB段圖線與坐標(biāo)軸所圍的面積為0.6m
• D． 小球經(jīng)過最高點(diǎn)時(shí)，桿對(duì)它的作用力大小為2.5N，方向豎直向上

Answer 1

分析 已知小球在ABC三個(gè)點(diǎn)的速度，A到C的過程中機(jī)械能守恒，由機(jī)械能守恒定律即可求出桿的長(zhǎng)度；結(jié)合小球過最高點(diǎn)的受力的特點(diǎn)，即可求出桿對(duì)小球的作用力的方向；由機(jī)械能守恒可以求出B點(diǎn)的速度；由于y軸表示的是小球在水平方向的分速度，所以曲線AB段與坐標(biāo)軸所圍圖形的面積表示A到B的過程小球在水平方向的位移．

解答 解：A、小球從A到B的過程中機(jī)械能守恒，得：$\frac{1}{2}{mv}_{A}^{2}+mgL=\frac{1}{2}{mv}_{B}^{2}$，解得：${v}_{B}=\sqrt{13}m/s$．故A錯(cuò)誤；
B、由圖可知，周期T=1.4s，故B錯(cuò)誤；
C、由于y軸表示的是小球在水平方向的分速度，所以曲線AB段與坐標(biāo)軸所圍圖形的面積表示A到B的過程小球在水平方向的位移，大小等于桿的長(zhǎng)度，即0.6m．故C正確；
D、設(shè)桿的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，小球從A到C的過程中機(jī)械能守恒，得：$\frac{1}{2}{mv}_{A}^{2}+2mgl=\frac{1}{2}{mv}_{C}^{2}$，解得：l=0.6m．；
小球經(jīng)過最高點(diǎn)的速度v=1m/s，根據(jù)牛頓第二定律可知$mg-{F}_{N}=\frac{m{v}^{2}}{l}$
解得F_N=2.5N，方向向上，故D正確；
故選：CD

點(diǎn)評(píng) 該題考查豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)，將牛頓第二定律與機(jī)械能守恒定律相結(jié)合即可正確解答．該題中的一個(gè)難點(diǎn)是D選項(xiàng)中“曲線AB段與坐標(biāo)軸所圍圖形的面積”的意義要理解．