Question

如圖4所示，細桿的一端與小球相連，可繞過O點的水平軸自由轉動，細桿長0.5m，小球質量為3.0kg，現給小球一初速度使它做圓周運動，若小球通過軌道最低點a處的速度為va＝4m/s，通過軌道最高點b處的速度為vb＝1m/s，g取10m/s2，則桿對小球作用力的情況
                
①．最高點b處為拉力，大小為24N
②．最高點b處為支持力，大小為24N
③．最低點a處為拉力，大小為126N
④．最低點a處為壓力，大小為126N

A．①③

B．①④

C．②③

D．②④

Answer 1

C

在最高點和最低點，小球靠重力和桿子作用力的合力提供圓周運動的向心力，根據合力提供向心力判斷桿子的作用力的大小和方向．
解：在最高點，假設桿對小球作用力表現為拉力，根據牛頓第二定律，有mg+F=m，則F=m-mg=-24N．所以桿子表現為支持力，大小為24N．
在最低點，桿子一定表現為拉力，根據牛頓第二定律，有F-mg=m，則F=m+mg=126N所以桿子變現為拉力，大小為126N．
點評：解決本題的關鍵知道桿子既可以表現為拉力，也可以表現為支持力，做圓周運動時，在最高點和最低點，靠重力和桿子的作用力的合力提供圓周運動的向心力．