如图所示,竖直放置的质量为4m,长为L的圆管顶端塞有一个质量为m的弹性圆球,球和管间的滑动摩擦力和最大静摩擦力大小均为4mg.圆管从下端离地面距离为H处自由落下,落地后向

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 自由落体运动/2022-09-04 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示,竖直放置的质量为4m,长为L的圆管顶端塞有一个质量为m的弹性圆球,球和管间的滑动摩擦力和最大静摩擦力大小均为4mg.圆管从下端离地面距离为H处自由落下,落地后向上弹起的速度与落地时速度大小相等.求:
(1)圆管弹起后圆球不致滑落,L应满足什么条件.
(2)圆管上升的最大高度是多少?
(3)圆管第二次弹起后圆球不致滑落,L又应满足什么条件?

◎ 答案

(1)取竖直向下的方向为正方向.
球与管第一次碰地前瞬间速度v0=

2gH
,方向向下.
碰地后的瞬间管的速度v=-

2gH
,方向向上;球的速度v=

2gH
,方向向下,
球相对于管的速度v=2

2gH
,方向向下.
碰后,管受重力及向下的摩擦力,加速度a=2g,方向向下,
球受重力及向上的摩擦力,加速度a=3g,方向向上,
球相对管的加速度a=5g,方向向上.
取管为参照物,则球与管相对静止前,球相对管下滑的距离为:s相1=
v2相
2a
=
(2

2gH
)2
2×5g

要满足球不滑出圆管,则有L>S相1=
4
5
H

(2)设管从碰地到它弹到最高点所需时间为t1(设球与管在这段时间内摩擦力方向不变),则:t1=
-
v
a
=

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