如图7所示,竖直平面内的34圆弧形光滑轨道半径为R,A端与圆心O等高,AD为水平面,B点为光滑轨道的最高点且在O的正上方,一个小球在A点正上方某处由静止释放,自由下落至A点进
◎ 题目
如图7所示,竖直平面内的
(1)释放点距 A 点的竖直高度 h和落点 C 到 A 点的水平距离x; (2)如果将小球由h=R处静止释放,请问小球能否通过最高点B点,如果不能通过,请求出脱离圆轨道的位置E与O的连线与竖直方向夹角的正弦值. |
◎ 答案
(1)小球通过最高点B时,由牛顿第二定律,有: mg+FN=m
又FN=mg 解得:vB=
设释放点到A点高度为h,小球从释放到运动至B点的过程中, 根据动能定理,有:mg(h-R)=
解得:h=2R, 由平抛规律:R=
x=vBt, 联立解得x=2R,所以C点距A点距离:△x=2R-R=R 即释放点距A点的竖直高度h为2R,落点C到A点的水平距离为R. (2)小球到达B点时最小速度为v,有:mg=m
若能到达最高点应满足mgR=
设到最高点E的速度为vE, E与O的连线与竖直方向夹角θ,由动能定理有:mgR(1-cosθ)=
在E点脱离轨道时有:mgcosθ=m
联立①②解得:cosθ=
所以:sinθ=
答:(1)释放点距 A 点的竖直高度 h和落点 C 到 A 点的水平距离为R; (2)如果将小球由h=R处静止释放,小球不能通过最高点B点,小球脱离圆轨道的位置E与O的连线与竖直方向夹角的正弦值为 |