【模型建立】如图所示,在长为
的细线下端拴一个质量为
的小物体(可视为质点),细线上端固定,设法使小物体在水平面内以大小恒定的速率做匀速圆周运动,细线所掠过的路径为圆锥表面,这就是圆锥摆。

【模型解读】
(1)受力分析:只受重力和拉力。
竖直方向:
(二力平衡)。
水平方向:
(牛顿第二定律)。

4个模型参数:
摆长
;摆角
;半径
;高度
。
6个转动参数:
线速度
;角速度
;周期
;频率
;转速
;向心加速度
。
(2)规律推导:匀速圆周运动
;
;
。
【总结拓展】
(1)
为摆球的轨道平面到悬点的距离,即圆锥摆的高度。由上述公式可知,高度相同的圆锥摆的
、
、
和
均相等,与
、
和
无关。
(2)由
,可得
。这个结果说明:①小球的摆线与竖直方向的夹角与摆球质量无关,与摆线长度及角速度有关;②当摆长一定时,角速度越大,
越大。
(3)细线的拉力
,可见细线的拉力随角速度的增加而增大。
(4)圆锥摆的周期
,在地球表面同一地点(
值一定),圆锥摆的周期与
成正比,而与
、
、
无关。
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