
风洞实验室中可产生水平方向、大小可调的风力。用l=0.4m的轻质细绳将质量m=1kg的小球悬挂于风洞实验室(g取,sin37°=0.6,cos37°=0.8)。
(1)如图a,调节风力大小,缓慢改变小球位置,当细绳与竖直方向成θ=37°时,小球恰能保持静止,求水平风力F的大小;
(2)如图b,保持(1)中水平风力不变,将小球从最低点A由静止释放,当小球运动至细绳与竖直方向成θ=37°时,求小球速度的大小;
(3)如图c,保持(1)中水平风力不变,在A点至少要给小球多大的水平向右初速度才能使小球做完整的圆周运动。
【答案】(1)7.5N;(2)1m/s;(3)
【知识点】正交分解法解共点力平衡、绳球类模型及其临界条件、用动能定理求解外力做功和初末速度
【详解】(1)小球在图中处于平衡态,设绳上拉力为T,风力为F,竖直方向列平衡方程
联立解得水平风力为
=7.5N
(2)由动能定理得
解得
(3)要使小球做完整的圆周运动,等效合力的方向与竖直方向的夹角为37°,等效合力的大小为
最小速度为
解得
由最低点到等效最高点动能定理得
解得
所以,在A点至少要给小球多大的水平向右初速度才能使小球做完整的圆周运动。
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