我们不妨设细线与水平方向上的夹角为α,斜面给小球的支持力为N,它的方向是垂直于斜面向上。合力F可以用圆周运动合力公式来表示,即F=mv²/r=mω²r,小球的质量m以及r是不变的(小球离开斜面前r不变),所以A是正确的。
小球受到三个力,重力mg,支持力N和拉力T,受力分析,N可分解为水平向左的分力N1和竖直向上的分离N2,T可分解为水平向右的分力T1和数值向上的分力T2,小球做圆周运动,所以它的合力必是水平向右,那么就有N2+T2=mg,F=T1-N1,其中N2=Ncosα,T2=Tsinα,T1=Tcosα,N1=Nsinα,所以就有Ncosα+Tsinα=mg,mω²r=Tcosα-Nsinα,综合两式,可以解出T=mω²rcosα+mgsinα,所以B不对。
小球为什么离开斜面?小球转速加大,使得合力加大,T1就要加大,T2也要加大,而N2+T2=mg,小球重力肯定不变的,那么N2就要减小,N也减小,小球速度大到一定程度,N减小到零,当小球转速再增大时,小球就会离开斜面了,因为支持力没有了,拉力一味加大,使得T2也加大,支持力没有了后,只有T2等于重力,T增大,而T2要不变,只有角α减小。角变化了,导致圆周运动半径r变化了,F=mω²r,不成正比了。
小球转速加大,使得合力加大,T1就要加大,所以拉力T也是增大的,所以D是正确的。
可以设圆锥的顶角为2θ,线的长度为L,那么在没有离开斜面时,小球受到绳子的拉力T,重力G,以及圆锥斜面的支持力F支。由于没有离开斜面,所以绳子与竖直方向的角度为θ不变。那么这三个力的合力为F来提供小球的圆周运动的向心力,即:F=m*ω^2*L*sinθ,所以A对。
又,由于在水平方向,合力F=T*sinθ-F支*cosθ=m*ω^2*L*sinθ,所以有:T*sinθ=F支*cosθ+m*ω^2*L*sinθ ,对于这个式子,等号右边多了一项,所以B不对。
当离开斜面后,那么细线与竖直方向的角度将不再是θ,而是将会大于θ,设为α,且小球只受到重力G与小绳的拉力T两个力的作用,由这两个力的合力来提供向心力,有F'=m*ω^2*L*sinα,,这个角度α是变化的,故C不对。
既然C不对,那么D就好分析了,F'=T'*sinα=m*ω^2*L*sinα,所以D对。