Question

宇航員在某一星球上以速度V₀豎直向上拋出一小球，經(jīng)過(guò)時(shí)間t，小球又落到原拋出點(diǎn)，然后他用一根長(zhǎng)為l的細(xì)繩把一個(gè)質(zhì)量為m的小球懸掛在O點(diǎn)，使小球處于靜止?fàn)顟B(tài)．如圖所示，在最低點(diǎn)給小球一個(gè)水平向右的沖量I，使小球能在豎直平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，若小球在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中始終對(duì)細(xì)繩有力的作用，則沖量I滿(mǎn)足什么條件？

Answer 1

分析：由豎直上拋運(yùn)動(dòng)公式求得該星球的重力加速度，當(dāng)小球擺到與懸點(diǎn)等高處時(shí)，細(xì)繩剛好松弛，小球?qū)��?xì)繩無(wú)力作用，則小球在最低點(diǎn)有最大速度，若經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)細(xì)繩剛好松弛，小球?qū)��?xì)繩無(wú)力作用，則小球在最低點(diǎn)的最小速度，根據(jù)機(jī)械能守恒定律和動(dòng)量定理即可求解范圍．

解答：解：設(shè)星球表面附近的重力加速度為g，由豎直上拋運(yùn)動(dòng)公式：t=

2v0

g

得g=

2v0

t

當(dāng)小球擺到與懸點(diǎn)等高處時(shí)，細(xì)繩剛好松弛，小球?qū)��?xì)繩無(wú)力作用，則小球在最低點(diǎn)有最大速度，由機(jī)械能守恒定律得：mgl=

1

2

mv12．由動(dòng)量定理得：I1=mv1=m

v0l t

當(dāng)小球做完整的圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，設(shè)最高點(diǎn)的最小速度為v′，由mg=m

v′2

l

，解得v′=

gl

，
若經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)細(xì)繩剛好松弛，小球?qū)��?xì)繩無(wú)力作用，則小球在最低點(diǎn)的最小速度為v₂．
則由機(jī)械能守恒定律得：

1

2

mv22=2mgl+

1

2

mv′2，
動(dòng)量定理有：
I₂=mv₂
解得：I₂=m

10v0l t

．
所以沖量I滿(mǎn)足I＞m

10v0l t

或I＜m

v0l t

答：若小球在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中始終對(duì)細(xì)繩有力的作用，則沖量I滿(mǎn)足I＞m

10v0l t

或I＜m

v0l t

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了機(jī)械能守恒定律、動(dòng)量定理及向心力公式的直接應(yīng)用，注意小球不能過(guò)與圓心等高的點(diǎn)的情況也符合要求，難度適中．