细绳的一端系在水平轴上,另一端系一质量为m的小球,给小球一个初速度,使小球在竖直面内做圆周运动,小球在通过圆周最高点时对细绳的拉力恰好为0,求小球通过圆周最低时对细绳的拉力大小.

问题描述:

细绳的一端系在水平轴上,另一端系一质量为m的小球,给小球一个初速度,使小球在竖直面内做圆周运动,小球在通过圆周最高点时对细绳的拉力恰好为0,求小球通过圆周最低时对细绳的拉力大小.

如图,小球通过最高点时,由牛顿第二定律有:
mg=m

v02
R
…①
小球通过最低点时,由牛顿第二定律有:
T-mg=m
v2
R
…②
小球从最高点运动到最低点的过程中,由机械能守恒有:
mg•2R+
1
2
mv02=
1
2
mv2…③
由①②③解得:T=6mg  
答:小球通过圆周最低时对细绳的拉力大小为6mg.
答案解析:小球恰好能通过最高点完成完整的圆周运动,知在最高点靠重力提供向心力,根据牛顿第二定律求出小球过最高点时的速度.
根据机械能守恒定律求出小球初速度的大小.在最低点,靠重力和拉力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律求出最低点处绳中的拉力大小.
考试点:机械能守恒定律;牛顿第二定律;向心力.
知识点:本题考查牛顿第二定律和机械能守恒定律的综合运用,知道圆周运动向心力的来源,结合牛顿第二定律进行求解.