如图所示,O为竖直平面内14圆弧轨道的圆心,B点的切线刚好沿水平方向.一个质量为m的滑块(可视为质点)从A点由静止开始滑下,最终落到地面上的C点.已知A点离地面的高度为h,圆

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 牛顿第二定律/2022-10-29 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示,O为竖直平面内
1
4
圆弧轨道的圆心,B点的切线刚好沿水平方向.一个质量为m的滑块(可视为质点)从A点由静止开始滑下,最终落到地面上的C点.已知A点离地面的高度为h,圆弧轨道的半径为R,重力加速度为g.不计一切摩擦.求:
(1)滑块经B点时的速度大小;
(2)滑块经B点时对轨道的压力;
(3)在保证A点位置不变的情况下,改变圆弧轨道
的半径(总小于h),再让滑块从A点由静止滑下,A点到滑块落地点的水平距离最大是多少?此时圆弧轨道的半径是多大?
魔方格

◎ 答案

(1)滑块从A到B的过程中,由机械能守恒得mgR=
1
2
m
v2B

解得   vB=

2gR

(2)滑块经B点时,由向心力公式有N-mg=m
v2B
R

解得   N=3mg                                                  
由牛顿第三定律知,滑块经B点时对轨道的压力大小为3mg,方向竖直向下.
(3)设轨道半径为r,滑块从B点开始做平抛运动,需时间t落地,则h-r=
1
2
gt2

平抛的水平距离   xBC=vBt
联立解得A、C两点的水平距离为    xAC=r+xBC=r+2

r(h-r)

令r=hsin2θ,则AC两点的水平距离为xAC=h(sin2θ+2sinθcosθ)=h(
1-cos2θ
2
+sin2θ)=
h
2
(1-cos2θ+2sin2θ)

tanφ=
1
2
,则xAC=
h
2
[1+

5
sin(2θ-φ)]

显然当θ=
π
4
+
φ
2
时,xAC有最大值为
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