做圆周运动过最高点的情况:
F
G
①临界条件:由于硬杆和管壁的支撑作用,小球恰能达到最高点的临界速度临界0。
②图(a)所示的小球过最高点时,轻杆对小球的弹力情况是:当v0时,轻杆对小球有竖直向上的支持力N,其大小等于小球的重力,即Nmg;
当0vrg时,杆对小球有竖直向上的支持力Nmgmv2,大小随速度的增大而减小;r
其取值范围是mgN0。
当rg时,N0;
当v
rg
时,杆对小球有指向圆心的拉力N
v2m
mg
,其大小随速度的增大而增大。
r
③图(b)所示的小球过最高点时,光滑硬管对小球的弹力情况是:当v0时,管的下侧内壁对小球有竖直向上的支持力,其大小等于小球的重力,即Nmg。
当0vrg时,管的下侧内壁对小球有竖直向上的支持力Nmgmv2,大小随速度的r
增大而减小,其取值范围是mgN0。
当vgr时,N0。
当v
gr
时,管的上侧内壁对小球有竖直向下指向圆心的压力N
v2m
mg
,其大小随
r
39
f速度的增大而增大。
④图c的球沿球面运动,轨道对小球只能支撑,而不能产生拉力。在最高点的v临界gr。当vgr时,小球将脱离轨道做平抛运动
注意:如果小球带电,且空间存在电场或磁场时,临界条件应是小球所受重力、电场力和洛
仑兹力的合力等于向心力,此时临界速度V0gR。要具体问题具体分析,但分析方法
是相同的【例题】一小球用轻绳悬挂于某固定点。现将轻绳水平拉直,然后由静止开始释放小球。考虑小球由静止开始运动到最低位置的过程(AC)(A)小球在水平方向的速度逐渐增大(B)小球在竖直方向的速度逐渐增大(C)到达最低位置时小球线速度最大(D)到达最低位置时绳中的拉力等于小球的重力【例题】如图,细杆的一端与一小球相连,可绕过O点的水平轴自由转动现给小球一初速度,使它做圆周运动,图中a、b分别表示小球轨道的最低点和最高点,则杆对球的作用力可能是(AB)
A.a处为拉力,b处为拉力B.a处为拉力,b处为推力C.a处为推力,b处为拉力D.a处为推力,b处为推力【例题】如图所示,半径为R,内径很小的光滑半圆管竖直放置,两个质量均为m的小球A、B以不同速率进入管内,A通过最高点C时,对管壁上部的压力为3mg,B通过最高点C时,对管壁下部的压力为075mg.求A、B两球落地点间的距离.
49
fCOBA
★解析:两个小球在最高点时,受重力和管壁的作用力,这两个力的合力作为向心力,离开轨道后两球均做平抛运动,A、B两球落地点间的距离等于它们平抛运动的水平位移之差.
对
A
球:3mgmgm
v
2A
R
vA4gRr