一根不可伸长的细轻绳，穿上一粒质量为
的珠子（视为质点），绳的下端固定在
点，上端系在轻质小环上，小环可沿固定的水平细杆滑动（小环的质量及与细杆摩擦皆可忽略不计），细杆与在同一竖直平面内．开始时，珠子紧靠小环，绳被拉直，如图复19-7-1所示，已知，绳长为
，点到杆的距离为
，绳能承受的最大张力为
，珠子下滑过程中到达最低点前绳子被拉断，求细绳被拉断时珠子的位置和速度的大小（珠子与绳子之间无摩擦）
注：质点在平面内做曲线运动时，它在任一点的加速度沿该点轨道法线方向的分量称为法向加速度
，可以证明，
，
为质点在该点时速度的大小，
为轨道曲线在该点的“曲率半径”，所谓平面曲线上某点的曲率半径，就是在曲线上取包含该点在内的一段弧，当这段弧极小时，可以把它看做是某个“圆”的弧，则此圆的半径就是曲线在该点的曲率半径．如图复19-7-2中曲线在点的曲率半径为
，在
点的曲率半径为
．
1. 珠子运动的轨迹
建立如图复解19-7所示的坐标系，原点
在过点的竖直线与细杆相交处，
轴沿细杆向右，
轴沿
向下。当珠子运动到
点处且绳子未断时，小环在处，
垂直于轴，所以珠子的坐标为
由
知
即有
，得
（1）
这是一个以轴为对称轴，顶点位于
处，焦点与顶点的距离为
的抛物线，如图复解19-7-1所示，图中的
，为焦点。
2. 珠子在点的运动方程
因为忽略绳子的质量，所以可把与珠子接触的那一小段绳子看做是珠子的一部分，则珠子受的力有三个，一是重力
；另外两个是两绳子对珠子的拉力，它们分别沿
和
方向，这两个拉力大小相等，皆用
表示，则它们的合力的大小为
（2）
为点两边绳子之间夹角的一半，
沿
的角平分线方向。
因为
是焦点至的连线，平行于轴，根据解析几何所述的抛物线性质可知，点的法线是的角平分线．故合力的方向与点的法线一致。
由以上的论证．再根据牛顿定律和题中的注，珠子在点的运动方程（沿法线方向）应为
（3）
（4）
式中是点处轨道曲线的曲率半径；为珠子在处时速度的大小。根据机械能守恒定律可得
（5）
3. 求曲车半径
当绳子断裂时
，由（4）式可见，如果我们能另想其他办法求得曲率半径与的关系,则就可能由（4）、（5）两式求得绳子断裂时珠子的纵坐标。现提出如下一种办法。做一条与小珠轨迹对于轴呈对称状态的抛物线，如图复解19-7-2所示。由此很容易想到这是一个从高
处平抛物体的轨迹。平抛运动是我们熟悉的，我们不仅知道其轨迹是抛物线，而且知道其受力情况及详细的运动学方程。这样我们可不必通过轨道方程而是运用力学原理分析其运动过程即可求出与对称的
点处抛物线的曲率半径与的关系，也就是处抛物线的曲率半径与的关系。
设从抛出至落地的时间为
，则有
由此解得
（7）
设物体在处的速度为
，由机械能守恒定律可得
（8）
物体在处法线方向的运动方程为
（9）
式中即为处抛物线的曲率半径，从（7）、（8）、（9）式及,可求得
这也等于点抛物线的曲率半径，
，故得
（10）
4. 求绳被拉断时小珠的位置和速度的大小
把（5）式和（10）式代入（4）式，可求得绳子的张力为
（11）
当时绳子被拉断，设此时珠子位置的坐标为
，由（11）式得
（12）
代入（1）式，得
（13）
绳子断开时珠子速度的大小为
（14）
寒假大串联黄山书社系列答案
寒假创新型自主学习第三学期寒假衔接系列答案科目：高中物理 来源： 题型：
真空中，A、B两点与点电荷Q的距离分别为r和4r，则A、B两点的电场强度大小之比为（ ）
A．4 : l B．1 : 4 C．16 : l D．l : 16
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科目：高中物理 来源： 题型：
将一根长为100多厘米的均匀弦线，沿水平的
轴放置，拉紧并使两端固定。现对离固定的右端25cm处（取该处为原点
，如图预16-7-1所示）的弦上一点施加一个沿垂直于弦线方向（即
轴方向）的扰动，其位移随时间的变化规律如图预16-7-2所示。该扰动将沿弦线传播而形成波（孤立的脉冲波）。已知该波在弦线中的传播速度为
，且波在传播和反射过程中都没有能量损失。
1. 试在图预16-7-1中准确地画出自点沿弦向右传播的波在
时的波形图。
2. 该波向右传播到固定点时将发生反射，反射波向左传播，反射点总是固定不动的。这
可看成是向右传播的波和向左传播的波相叠加，使反射点的位移始终为零。由此观点出发，试在图预16-7-1中准确地画出
时的波形图。
3. 在图预16-7-1中准确地画出
时的波形图。
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科目：高中物理 来源： 题型：
在一大水银槽中竖直插有一根玻璃管，管上端封闭，下端开口．已知槽中水银液面以上的那部分玻璃管的长度
，管内封闭有
的空气，保持水银槽与玻璃管都不动而设法使玻璃管内空气的温度缓慢地降低10℃，问在此过程中管内空气放出的热量为多少？已知管外大气的压强为
汞柱高，每摩尔空气的内能
，其中
为绝对温度，常量
，普适气体常量
。
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科目：高中物理 来源： 题型：
在图复19-2中，半径为的圆柱形区域内有匀强磁场，磁场方向垂直纸面指向纸外，磁感应强度随时间均匀变化，变化率
(
为一正值常量),圆柱形区外空间没有磁场，沿图中
弦的方向画一直线，并向外延长，弦与半径的夹角
．直线上有一任意点，设该点与点的距离为，求从沿直线到该点的电动势的大小．
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科目：高中物理 来源： 题型：
图预19-5中，三棱镜的顶角
为60°，在三棱镜两侧对称位置上放置焦距均为 
的两个完全相同的凸透镜L1和 L2．若在L1的前焦面上距主光轴下方
处放一单色点光源
，已知其像
与对该光学系统是左右对称的．试求该三棱镜的折射率．
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科目：高中物理 来源： 题型：
一小球沿斜面匀加速滑下，依次经过A、B、C三点。已知AB=3m，BC=5m，小球通过AB和BC两段所用的时间均为1s，则小球经过A、B、C三点时的速度大小分别是
A．2 m/s，3 m/s，4 m/s B．2 m/s，4 m/s，6 m/s
C．3 m/s，4 m/s，5 m/s D．3 m/s，5 m/s，7 m/s
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科目：高中物理 来源： 题型：
一水平放置的平行板电容器的两极板间距为d，极板分别与电池两极相连，上极板中心有一小孔(小孔对电场的影响可忽略不计)。小孔正上方d/2处的P点有一带正电粒子，该粒子从静止开始下落，经过小孔进入电容器，并在下极板处(未与极板接触)返回。若将下极板向上平移的d/3，则从P点仍由静止开始下落相同粒子，粒子将
A．带电粒子能打到下极板
B．带电粒子将上下来回运动
C．在距上极板d/2处返回
D．在距上极板2d/5处返回
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科目：高中物理 来源： 题型：
①电磁打点计时器和电火花计时器都是使用______（填“直流”或“交流”）电源的计时仪器。假如电源频率是40Hz时，它每隔______s打一个点。
②某同学利用打点计时器所记录的纸带来研究做匀变速直线运动小车的运动情况，实验中获得一条纸带，如下图，其中两相邻计数点间有四个点未画出。已知所用电源的频率为50Hz，则打A点时小车运动的速度vA=_______m/s，小车运动的加速度a=_______m/s2。(小数点后保留两位数字)
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