如图所示,在距水平地面高h1=1.2m的光滑水平台面上,一个质量m=1kg的小物块压缩弹簧后被锁扣K锁住,储存的弹性势能Ep=2J。现打开锁扣K,物块与弹簧分离后将以一定的水平速度
◎ 题目
如图所示,在距水平地面高h1=1.2m的光滑水平台面上,一个质量m=1kg的小物块压缩弹簧后被锁扣K锁住,储存的弹性势能Ep=2J。现打开锁扣K,物块与弹簧分离后将以一定的水平速度向右滑离平台,并恰好从B点沿切线方向进入光滑竖直的圆弧轨道BC。已知B点距水平地面的高h2=0.6m,圆弧轨道BC的圆心O,C点的切线水平,并与水平地面上长为L=2.8m的粗糙直轨道CD平滑连接,小物块沿轨道BCD运动并与右边的竖直墙壁会发生碰撞,重力加速度g=10m/s2,空气阻力忽略不计。试求: (1)小物块运动到B的瞬时速度vB大小及与水平方向夹角 (2)小物块在圆弧轨道BC上滑到C时对轨道压力Nc大小 (3)若小物块与墙壁碰撞后速度反向、大小变为碰前的一半,且只会发生一次碰撞,那么小物块与轨道CD之间的动摩擦因数μ应该满足怎样的条件. |
◎ 答案
(1)4m/s,60°(2)33.3N(3) |
◎ 解析
试题分析:⑴解法一: 小物块由A运动到B的过程中做平抛运动,机械能守恒 (1分) (2分) 根据平抛运动规律有: (2分) 解法二: 小物块由A运动到B的过程中做平抛运动,机械能守恒 (1分) 小物块由A运动到B的过程中做平抛运动,在竖直方向上根据自由落体运动规律可知, 小物块由A运动到B的时间为: t==s≈0.346s (1分) 根据平抛运动规律有: tan=, 解得:=60° (1分) (2分) ⑵根据图中几何关系可知, h2=R(1-cos∠BOC),解得:R=1.2m (1分) 根据能的转化与守恒可知, (2分) 对小球在圆弧轨道C点应用牛顿运动定律 (2分) ⑶依据题意知, ①μ的最大值对应的是物块撞墙前瞬间的速度趋于零,根据能量关系有: mgh1+Ep>μmgL 代入数据解得:μ<(2分) ②对于μ的最小值求解,首先应判断物块第一次碰墙后反弹,能否沿圆轨道滑离B点,设物块碰前在D处的速度为v2,由能量关系有:mgh1+Ep=μmgL+ mv22 第一次碰墙后返回至C处的动能为:EkC= mv22-μmgL 可知即使μ=0,有: mv22=14J mv22=3.5J<mgh2=6J,小物块不可能返滑至B点 (2分) 故μ的最小值对应着物块撞后回到圆轨道最高某处,又下滑经C恰好至D点停止,因此有: mv22≤2μmgL, 联立解得:μ≥(1分) 综上可知满足题目条件的动摩擦因数μ值:≤μ<(1分) |
◎ 知识点
专家分析,试题“如图所示,在距水平地面高h1=1.2m的光滑水平台面上,一个质量m=1kg的小物块压缩弹簧后被锁扣K锁住,储存的弹性势能Ep=2J。现打开锁扣K,物块与弹簧分离后将以一定的水平速度…”主要考查了你对 【自由落体运动】 等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。- 最新内容
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