一根长为L的轻杆下端固定一个质量为m的小球,上端连在光滑水平轴上,轻杆可绕水平轴在竖直平面内运动(不计空气阻力).当小球在最低点时给它一个水平初速度v0,小球刚好能做完整的
问题描述:
一根长为L的轻杆下端固定一个质量为m的小球,上端连在光滑水平轴上,轻杆可绕水平轴在竖直平面内运动(不计空气阻力).当小球在最低点时给它一个水平初速度v0,小球刚好能做完整的圆周运动.若小球在最低点的初速度从v0逐渐增大,则下列判断正确的是( )
A. 小球能做完整的圆周运动,经过最高点的最小速度为
gL
B. 小球在最高点对轻杆的作用力先减小后增大
C. 小球在最低点对轻杆的作用力先增大后减小
D. 小球在运动过程中所受合外力的方向始终指向圆心
答
A、设轻杆对小球的作用力大小为F,方向向上,小球做完整的圆周运动经过最高点时,对小球,由牛顿第二定律得mg-F=m
,当轻杆对小球的作用力大小F=mg时,小球的速度最小,最小值为零,所以A错.v2 L
B、由mg-F=m
,可得在最高点轻杆对小球的作用力F=mg-mv2 L
,若小球在最低点的初速度从v0逐渐增大,小球经过最高点时的速度v也逐渐增大,所以轻杆对小球的作用力F先减小后方向增大(先为支持力后为拉力,正负表示力的方向).由牛顿第三定律可得小球在最高点对轻杆的作用力先减小后增大,因此选项B正确.v2 L
C、在最低点,由F-mg=m
,可得轻杆对小球的作用力(拉力)F=mg+mv2 L
,若小球在最低点的初速度从v0逐渐增大,则轻杆对小球的作用力(拉力)一直增大,选项C错.v2 L
D、轻杆绕水平轴在竖直平面内运动,小球不是做匀速圆周运动,所以合外力的方向不是始终指向圆心,只有在最低点和最高点合外力的方向才指向圆心,选项D错.
故选B.