Question

4．如圖甲所示，質(zhì)量相等、大小可忽略的a、b兩小球用不可伸長(zhǎng)的等長(zhǎng)輕質(zhì)細(xì)線懸掛起來(lái)，使小球a在豎直平面內(nèi)來(lái)回?cái)[動(dòng)，小球b在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，連接小球b的繩子與豎直方向的夾角和小球a擺動(dòng)時(shí)繩子偏離豎直方向的最大夾角都為θ，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中兩繩子的拉力大小隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖乙中c、d所示．則下列說(shuō)法正確的是（　�。�

• A． 圖乙中直線d表示繩子對(duì)小球a的拉力大小隨時(shí)間變化的關(guān)系
• B． 圖乙中曲線c表示繩子對(duì)小球a的拉力大小隨時(shí)間變化的關(guān)系
• C． θ可以是任意值
• D． θ應(yīng)為60°

Answer 1

分析 a球作振動(dòng)，繩子的拉力作周期性變化．b球在水平面作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，繩子的拉力大小不變．由向心力知識(shí)分別得到繩子的最大拉力表達(dá)式，由圖乙兩種情況最大拉力大小相等，聯(lián)立即可求解θ．

解答 解：A、由圖可知，a球在擺動(dòng)過(guò)程中拉力的大小是變化的，而b球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的拉力大小是保持不變的，故A錯(cuò)誤，B正確；
C、甲圖中，設(shè)小球經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)的速度大小為v，繩子長(zhǎng)度為L(zhǎng)，則由機(jī)械能守恒得：
   mgL（1-cosθ）=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$
在最低點(diǎn)，有 F_a-mg=m$\frac{{v}^{2}}{L}$
聯(lián)立解得 F_a=mg（3-2cosθ）
由圖乙知F_a=F_b，即mg（3-2cosθ）=$\frac{mg}{cosθ}$，解得θ=60°，故C錯(cuò)誤，D正確．
故選：BD

點(diǎn)評(píng) 本題要分析清楚兩小球的運(yùn)動(dòng)情況，知道指向圓心的合力提供小球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，應(yīng)用機(jī)械能守恒定律與牛頓第二定律即可正確解題．