如图所示半径为R、r(R>r)甲、乙两圆形轨道安置在同一竖直平面内,两轨道之间由一条水平轨道(CD)相连,如小球从离地3R的高处A点由静止释放,可以滑过甲轨道,经过CD段又滑上乙

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

如图所示半径为R、r(R>r)甲、乙两圆形轨道安置在同一竖直平面内,两轨道之间由一条水平轨道(CD)相连,如小球从离地3R的高处A点由静止释放,可以滑过甲轨道,经过CD段又滑上乙轨道后离开两圆形轨道,小球与CD段间的动摩擦因数为μ,其余各段均光滑.
(1)求小球经过甲圆形轨道的最高点时小球的速度?
(2)为避免出现小球脱离圆形轨道而发生撞轨现象.试设计CD段的长度.
魔方格

◎ 答案

(1)设小球能通过甲轨道最高点时速度为v1
由机械能守恒定律得:mgh=mg.2R+
1
2
mv12
   
解得v1=

2gR
 
故小球经过甲圆形轨道的最高点时的速度为

2gR

(2)小球在甲轨道上做圆周运动通过最高点的最小速度为 vmin=

gR

v1=

2gR

gR
∴小球能通过甲轨道而不撞轨
设CD的长度为x,小球在乙轨道最高点的最小速度为v2=

gr

小球要通过乙轨道最高点,根据动能定理得:mg(3R-2r)-μmgx=
1
2
mv22
 解得:x=
6R-5r

所以x≤
6R-5r

小球到乙轨圆心等高处之前再返回,根据动能定理得:mg(3R-r)-μmgx=0   解得:x=
3R-r
μ

小球到乙轨的最低点速度恰好速度为0,根据动能定理得:mg3R-μmgx=0    解得:x=
3R
μ

所以
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