Question

【題目】如圖甲所示，長為L的輕桿一端連接小球，另一端套在光滑固定轉(zhuǎn)軸O上。小球在最低點(diǎn)獲得某一水平初速度，繞軸O在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)。

(1)利用傳感器采集到桿中彈力F隨時(shí)間t變化的圖象如圖乙所示，圖中Fm、t0均已知，重力加速度為g，不計(jì)空氣阻力，求：小球在最高點(diǎn)的速度大小v；

(2)在確保圖甲裝置中小球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的前提下，改變小球通過最高點(diǎn)的速度大小，小球在最高點(diǎn)受到輕桿彈力的方向有幾種可能情況？并分別說明其發(fā)生條件。

Answer 1

【答案】(1)小球在最高點(diǎn)的速度大小為；

(2)小球在最高點(diǎn)受到輕桿彈力的方向有2種可能情況：當(dāng)v2＜gL時(shí)，桿對小球彈力方向向上，當(dāng)v2＞gL時(shí)，桿對小球彈力方向向下；

【解析】

(1)由乙圖可知，小球運(yùn)動(dòng)的周期為：T=2t0。由乙圖可知，小球在最高點(diǎn)時(shí)所受的桿的作用力為0，根據(jù)牛頓第二定律得：mg=m，可得：v=

(2)當(dāng)v2＜gL時(shí)，桿對小球彈力方向向上，當(dāng)v2＞gL時(shí)，桿對小球彈力方向向下；