解题思路:(1)小球在光滑水平面上做匀速圆周运动,绳子的拉力提供向心力,根据向心力公式即可求解绳子被拉断时小球的角速度,脱离绳子后的小球受力平衡,做匀速直线运动;
(2)小球在竖直平面内做匀速圆周运动,在最高点和最低点都是合外力提供向心力,根据向心力公式即求出绳子的最大拉力,进而求解它经过最低点时能将绳子拉断的最大线速度.
(1)小球在光滑水平面上做匀速圆周运动,绳子的拉力提供向心力,根据向心力公式得:
F=mω2L,当F=9N时,绳子被拉断,此时有:ω=
F
mL=
9
0.4×0.4=7.5rad/s,
脱离绳子后的小球受力平衡,做匀速直线运动;
(2)小球在竖直平面内做匀速圆周运动,在最高点和最低点都是合外力提供向心力,根据向心力公式得:
在最高点,有:T+mg=m
v2
L,
在最低点,有:T′-mg=m
v2
L,
其中T最小值为0,则T′的最大值为:T′max=2mg=8N,
则在最低点有:
T′max-mg=m
v2
L,
解得:v=2m/s
答:(1)绳子被拉断时,小球的角速度为7.5rad/s,脱离绳子后的小球将做匀速直线运动;
(2)若使物体在竖直平面内做匀速圆周运动,当它经过最低点时能将绳子拉断的最大线速度是2m/s.
点评:
本题考点: 向心力;牛顿第二定律.
考点点评: 本题主要考查了向心力公式的直接应用,要求同学们能正确分析向心力的来源,第二问注意,小球在竖直平面内做匀速圆周运动,合外力提供向心力,在最高点和最低点速度大小相等,难度适中.