某物理兴趣小组利用电子秤探究小球在竖直面内的圆周运动，他们到物理实验室取来电子秤，铁架台、长度为L的轻质细线和小球等．（1）将铁架台放在电子秤上，其读数为M；撤去铁架台将

Question

某物理兴趣小组利用电子秤探究小球在竖直面内的圆周运动，他们到物理实验室取来电子秤，铁架台、长度为L的轻质细线和小球等．

（1）将铁架台放在电子秤上，其读数为M；撤去铁架台将小球放在电子秤上，其读数为m．
（2）组装好实验装置如图所示．保持细线自然伸长，将小球拉起至使细线处于水平位置，此时电子秤读数为___（填写“M+m”、“M”、“大于M+m”或“处于M和M+m之间”）．
（3）从释放小球至小球向下运动到最低点过程，电子秤读数___．（填“逐渐增大”、“逐渐减小”或“保持不变”）
（4）忽略空气阻力，当小球运动到最低点时，细线的拉力为___；电子秤的读数为___．（已知重力加速度为g）

Answer 1

（2）将小球拉起至使细线处于水平位置，小球受到的外力的作用与其重力的大小是相等的，小球在水平方向的拉力是0，所以铁架台只受到重力与电子秤的支持力，则铁架台受到的支持力等于其重力，根据牛顿第三定律可知，此时电子秤受到的压力等于铁架台的支持力，则电子秤的读数为M．
（3）从释放小球至小球向下运动到最低点过程，小球做速度增大的圆周运动，向心力逐渐增大，同时细线与竖直方向增加的夹角减小，则小球受到的向心力在竖直方向的分力增大；根据牛顿第三定律可知，铁架台在竖直方向受到的细线的拉力增大，竖直方向受到的支持力也随着增大，所以电子秤读数增大；
（4）忽略空气阻力，当小球运动到最低点时，小球的机械能守恒，则：
mgl=(1)/(2)mv2
又由于绳子的拉力与重力的合力提供向心力，则：
F-mg=(mv2)/(l)
联立得：F=3mg
根据牛顿第三定律，细线的拉力为3mg．
以铁架台为研究对象，铁架台受到重力、电子秤的支持力和细线的向下的拉力，得：
Mg+F′=N
所以：N=Mg+3mg
根据牛顿第三定律可知，电子秤受到的压力是Mg+3mg
电子秤的读数是：M+3m
故答案为：（2）M；（3）逐渐增大；（4）3mg，M+3m