Question

【題目】某物理興趣小組利用托盤探究小球用細線懸掛在豎直面內做圓周運動時，通過托盤稱的讀數來反映細線拉力的變化情況。實驗器材有：托盤秤，鐵架臺，系有長度為L細線的小球等。

（1）分別將鐵架臺、小球放在托盤秤上，其讀數分別為M和m。

（2）組裝好實驗裝置如圖所示。保持細線自然長度將小球拉至使細線處于水平位置，此時托盤秤讀數為________（填寫“M+m”或 “M”或“大于M+m”或“處于M和M+m之間”）。

（3）小球松手后，向下運動，此時看到托盤秤讀數_______（填寫“逐漸增大”或“逐漸減小”或“保持不變”）。

（4）當小球運動到最低點時，細線的拉力大小為________________。

Answer 1

【答案】 M 逐漸增大 3mg

【解析】（2）將小球拉起至使細線處于水平位置，小球受到的外力的作用與其重力的大小是相等的，小球在水平方向的拉力是0，所以鐵架臺只受到重力與電子秤的支持力，則鐵架臺受到的支持力等于其重力，根據牛頓第三定律可知，此時電子秤受到的壓力等于鐵架臺的支持力，則電子秤的讀數為M．
（3）從釋放小球至小球向下運動到最低點過程，小球做速度增大的圓周運動，向心力逐漸增大，同時細線與豎直方向增加的夾角減小，則小球受到的向心力在豎直方向的分力增大；根據牛頓第三定律可知，鐵架臺在豎直方向受到的細線的拉力增大，豎直方向受到的支持力也隨著增大，所以電子秤讀數增大；
（4）忽略空氣阻力，當小球運動到最低點時，小球的機械能守恒，則：
mgl=mv2
又由于繩子的拉力與重力的合力提供向心力，則：F-mg=

聯立得：F=3mg
根據牛頓第三定律，細線的拉力為3mg．