课外拓展



  (1)图(A)为一质量为 m 的小球固定在长为 L 的轻质硬杆末端绕 O 点作圆周运动的情形,试分析小球运动到最高点处时杆的受力情况;

  (2)图(B)为一平径为 R 的内壁光滑的金属硬管,内面有一质量为 m 的小球沿管壁作圆周运动,试分析小球运动到最高点处时管壁的受力情况。

解答:

  由于硬杆和硬管的物体支撑作用,小球恰能达最高点的临界速度 v临界 = 0.

  (1)小球在竖宜平面内做圆周运动,小球过最高点时,轻质硬杆对小球的弹力有以下几种情况:

  ① 当v = 0 时,轻杆对小球有竖宜向上的支持力 N ,其大小等于小球的重力,即 N = mg.

  ② 当 0 <v < 时,杆对小球的支持力的方向竖直向上,大小随速度的增大而减小,其取值范围是:

   mg > N > 0 ;

  ③ 当 v = 时, N = 0 ;

  ④当 v > 时,杆对小球有指向圆心的拉力,其大小随速度的增大而增大。

  (2)如图(B)所示的小球过光滑金属硬管最高点时,光滑硬管对小球的弹力有以下几种情况:

  ① 当 v = 0 时,管的内壁下侧对小球有竖直向上的支持力 N ,其大小等于小球重力,即 N = mg;

  ② 当0<v < 时,管的内壁下例对小球有竖宜向上的支持力 N ,大小随速度的增大而减小,其取值范围是 mg >N > 0 ;

  ③ 当 v = 时, N = 0;

  ④ 当 v > 时,管的内壁上侧对小球有竖直向下指向圆心的压力(弹力)其大小随速度的增大而增大

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