如图所示,某同学仿照“过山车”轨道为一个质量m=0.1kg小滑块设计了轨道.AB为一较长的斜面轨道,与小滑块间的动摩擦因数μ=0.2,其它轨道光滑.AB轨道与水平轨道BC成θ=45°,且

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 向心力/2022-09-29 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示,某同学仿照“过山车”轨道为一个质量m=0.1kg小滑块设计了轨道.AB为一较长的斜面轨道,与小滑块间的动摩擦因数μ=0.2,其它轨道光滑.AB轨道与水平轨道BC成θ=45°,且与BC平滑连接(不计通过B点时的动能损失).小滑块从AB轨道高H=1m处由静止滑下,滑入轨道BC,后从C点进入半径R=0.2m 圆形轨道内侧,转动一周后从C点滑出,再沿水平轨道CE继续运动,最后从E点飞出,落入水平轨道下方h=0.2m的浅槽FG中,浅槽的高度不计,长度L=1.0m. g取10m/s2,小滑块在运动过程中可视为质点.

魔方格

(1)小滑块到达斜面底端B时速度大小
(2)小滑块到达圆轨道最高点D时对轨道的压力大小
(3)若要小滑块按设计要求完成全部运动,该同学无初速释放小滑块的初始高度应
满足怎样的条件?

◎ 答案

(1)小球从A到B的过程中,由动能定理可得
mgH-μmgcosθ×
H
sinθ
=
1
2
mvB2

得  VB=4m/s 
(2)小球到D时,从释放点到D点由动能定理可得:
mg(H-2R)-μmgcosθ×
H
sinθ
=
1
2
mvD2

在最高点,轨道对球向下的支持力为N,有
N+mg=
mvD2

得  N=3N 
由牛顿第三定律知,滑块经D点时对轨道的压力大小为N′=3N
(3)设小球恰可以到达圆轨道的最高点,对应的高度为H1
由圆周运动的规律可知,最高点时的速度vD2
vD2=

gR

mg(H1-2R)-μmgcosθ×
H1
sinθ
=
1
2
mvD22

得H1=0.625m
设小球恰可以到达槽右端,对应的高度为H2
因为t=

2h
g

所以vE=
L
t
=
L

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