Question

【题目】如图是我国藏传佛教教徒手持转经筒去朝圣的情景，他（她）们边走边摇转经筒，自得其乐．

下面进行如下简化模型：如图所示，已知竖直杆O1O2长为1.0m，水平杆长L1=0.2米，用长L2=0.2米的细绳悬挂小球，整个装置可绕竖直杆O1O2转动，当该装置以某一角速度转动时，绳子与竖直方向成45°角，取g=10m/s2．求：

（1）该装置转动的角速度；

（2）如果运动到距离杆最远时刻悬挂小球的细绳突然断了，小球将做平抛运动．求小球落地点与竖直杆在地面上点O2的距离s．（答案可用根式表示）

Answer 1

【答案】（1）5rad/s（2）

【解析】试题分析：小球做匀速圆周运动，靠重力和拉力的合力提供向心力，结合牛顿第二定律求出该装置转动的角速度．根据平抛运动的规律求出小球在水平方向的位移的大小，然后结合平行四边形定则求出小球落地点与竖直杆在地面上点O2的距离．

（1）小球转动的轨道半径为．

对小球进行受力分析如图，根据牛顿第二定律得

解得：

（2）小球的线速度为：

小球做平抛运动的开始时的高度为

小球做平抛运动的时间为

小球做平抛运动的水平方向的位移为

当小球从距离杆最远时刻开始做平抛运动时，小球沿水平方向的速度方向与小球到杆的方向相互垂直，所以小球的落地到O2的距离为：