如图所示,将一质量m=0.1kg的小球自水平平台顶端O点水平抛出,小球恰好与斜面无碰撞的落到平台右侧一倾角为α=53°的光滑斜面顶端A并沿斜面下滑,斜面底端B与光滑水平轨道平滑
◎ 题目
如图所示,将一质量m=0.1kg的小球自水平平台顶端O点水平抛出,小球恰好与斜面无碰撞的落到平台右侧一倾角为α=53°的光滑斜面顶端A并沿斜面下滑,斜面底端B与光滑水平轨道平滑连接,小球以不变的速率过B点后进入BC部分,再进入竖直圆轨道内侧运动.已知斜面顶端与平台的高度差h=3.2m,斜面顶端高H=15m,竖直圆轨道半径R=5m. g取10m/s2.试求: (1)小球水平抛出的初速度v0及斜面顶端与平台边缘的水平距离x; (2)小球离开平台后到达斜面底端的速度大小; (3)若竖直圆轨道光滑,求小球运动到圆轨道最高点D时对轨道的压力. (4)若竖直圆轨道粗糙,小球运动到轨道最高点与轨道恰无作用力,求小球从圆轨道最低点运动到最高点的过程中克服摩擦力所做的功. |
◎ 答案
(1)研究小球作平抛运动,小球落至A点时,由平抛运动速度分解图可得: 水平速度:v0=vycotα 合速度与竖直分速度的关系:vA=
小球竖直方向做自由落体运动:vy2=2gh,h=
小球水平方向做匀速直线运动:x=v0t 由上式解得:v0=6m/s x=4.8m vA=10m/s (2)由动能定理可得小球到达斜面底端时的速度vB mgH=
(3)竖直圆轨道光滑,研究小球从C点到D点,设小球到达D点时的速度为vD 由动能定理可得-2mgR=
在D点由牛顿第二定律可得:N+mg=m
由上面两式可得:N=3N 由牛顿第三定律可得:小球在D点对轨道的压力N′=3N,方向竖直向上. (4)若竖直圆轨道粗糙,小球在最高点与环作用力恰为0时,速度为
则mg=m
从最低点最高点:-mg2R+Wf=
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