Question

【題目】某物理興趣小組利用托盤(pán)探究小球用細(xì)線懸掛在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)托盤(pán)稱的讀數(shù)來(lái)反映細(xì)線拉力的變化情況。實(shí)驗(yàn)器材有：托盤(pán)秤，鐵架臺(tái)，系有長(zhǎng)度為L細(xì)線的小球等。

（1）分別將鐵架臺(tái)、小球放在托盤(pán)秤上，其讀數(shù)分別為M和m。

（2）組裝好實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。保持細(xì)線自然長(zhǎng)度將小球拉至使細(xì)線處于水平位置，此時(shí)托盤(pán)秤讀數(shù)為________（填寫(xiě)“M+m”或 “M”或“大于M+m”或“處于M和M+m之間”）。

（3）小球松手后，向下運(yùn)動(dòng)，此時(shí)看到托盤(pán)秤讀數(shù)_______（填寫(xiě)“逐漸增大”或“逐漸減小”或“保持不變”）。

（4）當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)，細(xì)線的拉力大小為________________。

Answer 1

【答案】 M 逐漸增大 3mg

【解析】（2）將小球拉起至使細(xì)線處于水平位置，小球受到的外力的作用與其重力的大小是相等的，小球在水平方向的拉力是0，所以鐵架臺(tái)只受到重力與電子秤的支持力，則鐵架臺(tái)受到的支持力等于其重力，根據(jù)牛頓第三定律可知，此時(shí)電子秤受到的壓力等于鐵架臺(tái)的支持力，則電子秤的讀數(shù)為M．
（3）從釋放小球至小球向下運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)過(guò)程，小球做速度增大的圓周運(yùn)動(dòng)，向心力逐漸增大，同時(shí)細(xì)線與豎直方向增加的夾角減小，則小球受到的向心力在豎直方向的分力增大；根據(jù)牛頓第三定律可知，鐵架臺(tái)在豎直方向受到的細(xì)線的拉力增大，豎直方向受到的支持力也隨著增大，所以電子秤讀數(shù)增大；
（4）忽略空氣阻力，當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)，小球的機(jī)械能守恒，則：
mgl=mv2
又由于繩子的拉力與重力的合力提供向心力，則：F-mg=

聯(lián)立得：F=3mg
根據(jù)牛頓第三定律，細(xì)線的拉力為3mg．