| 受力分析 题目答案及解析

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必修1

第三章 相互作用

3.5 力的分解

受力分析

如图所示,质量为$m$的小球用长为$l$的细线悬于固定点$B$,使小球在水平面内做匀速圆周运动,细线与竖直方向的夹角是$\theta$,重力加速度为$g$。不计空气阻力,求

细线对小球的拉力大小$F$

[["

$\\dfrac{mg}{\\cos\\theta}$

"]]

对小球进行受力分析如图所示

则有$F=\dfrac{mg}{\cos\theta}$

小球做圆周运动的周期$T$

[["

$2\\pi\\sqrt{\\dfrac{l\\cos\\theta}{g}}$

"]]

根据$mg\tan \theta=m\omega^{2}l\sin \theta$

解得$\omega=\sqrt{\dfrac{g}{l\cos\theta}}$

周期$T=\dfrac{2\pi}{\omega}=2\pi\sqrt{\dfrac{l\cos\theta}{g}}$

若保持轨迹圆的圆心$O$到悬点$B$的距离$h$不变,改变绳长$l$,小球运动周期是否变化。

[["

不变

"]]

根据上述有$\omega=\sqrt{\dfrac{g}{l\cos\theta}}$

根据几何关系有$\cos\theta=\dfrac{h}{l}$

解得$\omega=\sqrt{\dfrac{g}{h}}$

可知,若保持轨迹圆的圆心$O$到悬点$B$的距离$h$不变,增大绳长$l$,小球做匀速圆周运动的角速度$\omega$不会发生改变,周期不变。

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