如图所示的“S”形玩具轨道,该轨道是用内壁光滑的薄壁细圆管弯成,放置在竖直平面内,轨道弯曲部分是由两个半径相等的半圆对接而成,圆半径比细管内径大得多,轨道底端与水平

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

如图所示的“S”形玩具轨道,该轨道是用内壁光滑的薄壁细圆管弯成,放置在竖直平面内,轨道弯曲部分是由两个半径相等的半圆对接而成,圆半径比细管内径大得多,轨道底端与水平地面相切,轨道在水平方向不可移动.弹射装置将一个小球(可视为质点)从a点水平弹射向b点并进入轨道,经过轨道后从最高点d水平抛出(抛出后小球不会再碰轨道),已知小球与地面ab段间的动摩擦因数μ=0.2,不计其他机械能损失,ab段长L=1.25m,圆的半径R=0.1m,小球质量m=0.01kg,轨道质量为M=0.26kg,取g=10
m/s2,求:
(1)若v0=5m/s,小球从最高点d抛出后的水平射程.
(2)若v0=5m/s,小球经过轨道的最高点d时,管道对小球作用力的大小和方向.
(3)设小球进入轨道之前,轨道对地面的压力大小等于轨道自身的重力,当v0至少为多少时,小球经过两半圆的对接处c点时,轨道对地面的压力为零.
魔方格

◎ 答案

(1)对a到d全过程运用动能定理:-μmgL-4mgR=
1
2
mvd2-
1
2
mv02

vd=2

3
m/s

   小球离开d点后做平抛运动,4R=
1
2
gt2
.t=

8R
g
=

2
5
s

    水平射程x=vdt=
2

6
5
m

(2)在d点有:mg+F=m
vd2
R

      F=1.1N.管道对小球的作用力方向向下.
(3)当小球在c点对轨道向上的作用力等于轨道自身的重力时,轨道对地面的压力为0.
有N+mg=m
vc2
R
   N=Mg
vc=3
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