题目

题型：上海模拟难度：来源：

如图所示，轻线一端系一质量为m的小球，另一端穿过光滑小孔套在正下方的图钉A上，此时小球在光滑的水平平台上做半径为a、角速度为ω的匀速圆周运动．现拔掉图钉A让小球飞出，此后细绳又被A正上方距A高为h的图钉B套住，达稳定后，小球又在平台上做匀速圆周运动．求：
（1）图钉A拔掉前，轻线对小球的拉力大小，
（2）从拔掉图钉A到被图钉B套住前小球做什么运动？所用的时间为多少？
（3）小球最后做圆周运动的角速度．

答案

（1）拔掉A图钉前，轻线的拉力为小球做圆周运动的向心力，设其大小为T，则由牛顿第二定律得：
T=mω²a


（2）拔掉A图钉小球沿切线方向匀速直线运动，直到线环B被图钉套住，小球的速度：v=ωa
小球的运动情况如图所示，则小球匀速运动的位移为：
x=

(a+h)2-a2

=

2ah+h2

则运动时间：t=

x

v

=

2ah+h2

ωa

（3）v可分解为切向速度v₁和法向速度v₂，绳被拉紧后v₂=0，小球以速度v₁做匀速圆周运动，
半径：r=a+h
由于：v₁=

a

a+h

v=

a2

a+h

ω
解得：ω=

v1

r

=

a2ω

(a+h)2

答：（1）图钉A拔掉前，轻线对小球的拉力大小为mω²a；
（2）从拔掉图钉A到被图钉B套住前小球沿切线方向做匀速直线运动，所用的时间为

2ah+h2

ωa

；
（3）小球最后做圆周运动的角速度为

a2ω

(a+h)2

．