(2013•松山区三模)如图所示,让摆球从图中的 C位置由静止开始摆下,摆到最低点D处,摆线刚好被拉断,小球在粗糙的 水

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  • 解题思路:(1)摆球摆到D点时,摆线的拉力最大,根据机械能守恒定律求出摆球摆到D点时速度,由牛顿第二定律求出摆线的最大拉力.(2)要使摆球能进入圆轨道,并且不脱离轨道,有两种情况:一种在圆心以下做等幅摆动;另一种能通过圆轨道做完整的圆周运动.小球要刚好运动到A点,对小球从D到A的过程,运用动能定理求出动摩擦因数μ的最大值;若小球进入A孔的速度较小,并且不脱离轨道,那么将会在圆心以下做等幅摆动,不脱离轨道,其临界情况为到达圆心等高处速度为零,根据机械能守恒和动能定理求出动摩擦因数.要使摆球能进入圆轨道,恰好到达轨道的最高点,就刚好不脱离轨道,在最高点时,由重力提供向心力,由牛顿第二定律求出此时小球的速度,对从D到轨道最高点的过程,运用动能定理求解动摩擦因数的最小值,即可得到μ的范围.

    (1)当摆球由C到D运动,机械能守恒,则得:mg(L-Lcosθ)=[1/2]mv

    2D

    在D点,由牛顿第二定律可得:Fm-mg=m

    v2D

    L

    联立可得:摆线的最大拉力为 Fm=2mg=10N

    (2)小球不脱圆轨道分两种情况:

    ①要保证小球能达到A孔,设小球到达A孔的速度恰好为零,

    对小球从D到A的过程,由动能定理可得:-μ1mgs=0-[1/2]mv

    2D

    解得:μ1=0.5

    若进入A孔的速度较小,那么将会在圆心以下做等幅摆动,不脱离轨道.其临界情况为到达圆心等高处速度为零,由机械能守恒可得:[1/2]m

    v2A=mgR

    由动能定理可得:-μ2mgs=[1/2m

    v2A]-[1/2]mv

    2D

    解得:μ2=0.35

    ②若小球能过圆轨道的 最高点则不会脱离轨道,在圆周的最高点,由牛顿第二定律可得:mg=m

    v2

    R

    由动能定理可得:-μ2mgs-2mgR=[1/2mv2-

    1

    2]mv

    2D

    解得:μ3=0.125

    综上所以摩擦因数μ的范围为:0.35≤μ≤0.5或者μ≤0.125

    答:

    (1)摆线能承受的最大拉力为10N.

    (2)要使摆球能进入圆轨道并且不脱离轨道,粗糙水平面摩擦因数μ的范围为0.35≤μ≤0.5或者μ≤0.125.

    点评:

    本题考点: 动能定理;牛顿第二定律;机械能守恒定律.

    考点点评: 本题关键是不能漏解,要知道摆球能进入圆轨道不脱离轨道,有两种情况,再根据牛顿第二定律、机械能守恒和动能定理结合进行求解.