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如圖所示,細桿的一端與小球相連,可繞過O點的水平軸自由轉動,細桿長0.5m,小球質量為3.0kg,現給小球一初速度使它在豎直面內做圓周運動,若小球通過最低點a處的速度為va=4m/s,通過最高點b處的速度為vb=1m/s,g取10m/s2,則桿對小球作用力的情況(  )
分析:在最高點和最低點,小球靠重力和桿子作用力的合力提供圓周運動的向心力,根據合力提供向心力判斷桿子的作用力的大小和方向.
解答:解:1、對于A、B選項:
在最高點,假設桿對小球作用力表現為拉力,根據牛頓第二定律,有
mg+F=m
vb2
r
,則
F=m
vb2
r
-mg
=3.0×
12
0.5
-3.0×10=-24N

所以桿子表現為支持力,大小為24N.
故A正確,B錯誤.
2、對于C、D選項:
在最低點,桿子一定表現為拉力,根據牛頓第二定律,有
F-mg=m
va2
r
,則
F=m
va2
r
+mg
=3.0×
42
0.5
+3.0×10=126N

所以桿子變現為拉力,大小為126N.
故C、D均錯.
故選A.
點評:解決本題的關鍵知道桿子既可以表現為拉力,也可以表現為支持力,做圓周運動時,在最高點和最低點,靠重力和桿子的作用力的合力提供圓周運動的向心力.
練習冊系列答案
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如圖所示,細桿的一端與一小球相連,可繞過O點的水平軸自由轉動.現給小球一初速度,使它做圓周運動,圖中a、b分別表示小球軌道的最低點和最高點,則桿對小球的作用力可能是(  )

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如圖所示,細桿的一端與一小球相連,可繞過O點的水平軸自由轉動.現在a處給小球一初速度,使它做圓周運動,圖中a、b分別表示小球軌道的最低點和最高點,則關于桿對球的作用力的說法正確的是(  )

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