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2022年北京冬奥会上,中国花样滑冰队的隋文静、韩聪不负众望,在双人滑项目上强势夺冠,这也是中国队时隔12年之后再次登上奥运会最高领奖台。该项目有一项技术动作叫双人螺旋线,如图(a)所示,以男选手成为轴心,女选手围绕男选手旋转。将这一情景抽象成,如图(b)所示:一细线一端系住一小球,另一端固定在一竖直细杆上,小球以一定大小的速度随着细杆在水平面内做匀速圆周运动,细线便在空中划出一个圆锥面,这样的模型叫“圆锥摆”。圆锥摆是研究水平面内质点做匀速圆周运动动力学关系的典型特例。小球(可视为质点)质量为m,细线AC长度为L,重力加速度为g。(sin37°=0.6,cos37°=0.8,计算结果可用根号或分数表示)
(1)在紧贴着小球运动的水面上加一光滑平板,使球在板上做匀速圆周运动,此时细线与竖直方向所成夹角为θ,如图(c)所示,当小球的角速度ω大于某一值ω1时,小球将脱离平板,则ω1为多大?
(2)撤去光滑平板,让小球在空中旋转,再用一根细线,同样一端系在该小球上,另一端固定在细杆上的B点,且当两条细线均伸直时,如图(e)所示,各部分长度之比|AB|:|AC|:|BC|=5:4:3。则当小球以
ω
2
=
2
g
3
L
匀速转动时,两细线的对小球的拉力大小分别多大?
(3)在(2)情境下,当小球以
ω
3
=
5
g
2
L
匀速转动时,两细线对小球的拉力大小分别为多大?

【答案】(1)当小球的角速度ω大于某一值ω1时,小球将脱离平板,则ω1
g
L
cosθ

(2)当小球以
ω
2
=
2
g
3
L
匀速转动时,两细线的对小球的拉力大小分别为
T
AC
=
2
3
3
mg
,TBC=0;
(3)当小球以
ω
3
=
5
g
2
L
匀速转动时,两细线对小球的拉力大小分别为
T
AC
=
17
10
mg
T
BC
=
3
5
mg
【解答】
【点评】
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发布:2024/12/29 14:0:1组卷:78引用:3难度:0.4
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