解析:如图所示,小球受三个力作用:重力mg、锥面支持力FN(垂直锥面向上)和绳的拉力Ft,在水平面内做匀速圆周运动,圆心在O′点,半径为r=Lsinθ.将FN、Ft沿水平方向和竖直方向正交分解,应用牛顿第二定律得:
水平方向上:Ftsinθ-FNcosθ=mrω2;
竖直方向上:Ftcosθ+FNsinθ-mg=0,
以上三式联立解得绳子的张力大小为:
Ft=m(gcosθ+Lsin2θω2)
设小球和锥面转动的角速度为ω0时,小球与锥面间的弹力FN=0,此时小球即将脱离圆锥面,细绳与竖直方向的夹角仍为θ,小球在水平面内做匀速圆周运动所需的向心力由重力mg和绳子的拉力Ft的合力提供:mgtanθ=m(Lsinθ)ω02,于是求得ω0=
答案:m(gcosθ+Lsin2θω2)