
(23-24高一下·江苏泰州·期中)如图所示,小明站在水平地面上,手握不可伸长的轻绳一端,绳的另一端系有质量为m的小球,甩动手腕,使球在竖直平面内做圆周运动。当球某次运动到最低点时,绳突然断掉,球飞行水平距离d后落地。已知握绳的手离地面高度为d,手与球之间的绳长为,重力加速度为g。忽略手的运动半径和空气阻力。
(1)若想小球在竖直平面内做完整的圆周运动,其通过最高点的速度至少应为多少?
(2)求小球落地时的速度大小。
【答案】(1);(2)
【知识点】机械能与曲线运动结合问题、绳球类模型及其临界条件
【详解】(1)小球在竖直平面内做完整的圆周运动,在最高点时,当重力刚好提供向心力时,小球速度最小,则有
,
解得
(2)设绳断后球飞行时间为t,由平抛运动规律知,在水平方向上有
竖直方向上有
解得平抛运动的初速度为
从绳断到小球落地,由机械能守恒定律可得
解得落地时速度为
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