把一小球放在玻璃漏斗里,晃动几下漏斗,就可以使小球沿光滑的漏斗壁在某一水平面内做匀速圆周运动,如图所示,已知小球质量m=50g,漏斗高H=20cm,顶角θ=60°,小球做匀速圆周运动的水平面离漏斗尖端的距离为h=10cm,求小球运动的周期.

问题描述:

把一小球放在玻璃漏斗里,晃动几下漏斗,就可以使小球沿光滑的漏斗壁在某一水平面内做匀速圆周运动,如图所示,已知小球质量m=50g,漏斗高H=20cm,顶角θ=60°,小球做匀速圆周运动的水平面离漏斗尖端的距离为h=10cm,求小球运动的周期.

以小球为研究对象,对小球受力分析,如图所示,由重力和支持力的合力提供向心力,
由牛顿第二定律得:mgcot

θ
2
=m
4π2
T2
r

又 r=htan
θ
2

联立解得:T=2πtan
θ
2
h
g
=2πtan30°×
0.1
10
s≈0.36s.
答:小球运动的周期为0.36s.
答案解析:对小球受力分析,受重力和漏斗壁的支持力,由合力提供向心力,根据牛顿第二定律列式求解即可.
考试点:向心力;牛顿第二定律.
知识点:本题关键是对小球受力分析,然后根据牛顿第二定律和向心力公式列式求解分析.