如图所示,半径r=0.80m的光滑金属半球壳ABC与水平面在C点连接,一质量m=0.10kg的小物块在水平面上距C点s=1.25m的D点,以不同的初速度向C运动.O点是球心,D、C、O三点在同

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 动能定理/2022-11-05 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示,半径r=0.80m的光滑金属半球壳ABC与水平面在C点连接,一质量m=0.10kg的小物块在水平面上距C点s=1.25m的D点,以不同的初速度向C运动.O点是球心,D、C、O三点在同一直线上,物块与水平面间的动摩擦因数μ=0.20,取g=10m/s2
(1)若物块运动到C点时速度为零,恰好沿球壳滑下,求物块滑到最低点B时对球壳的压力大小.
(2)若物块运动到C点水平飞出,恰好落在球壳的最低点B,求物块在D点时的初速度大小.
(3)通过分析判断小物块能否垂直撞击球壳.

◎ 答案

(1)设小物块滑到最低点B的速度为vB,受到球壳的支持力为NB,则在小物块从C至B的过程中只有重力做功,根据动能定理有:
mgr=
1
2
m
v2B
-0

可得:vB=

2gr

小物块在B点所受合力提供其圆周运动向心力,根据牛顿第二定律有:
NB-mg=m
v2B
r

得:NB=mg+m
v2B
r
=mg+m
2gr
r
=3mg
=33×10×0.1N=3N
根据牛顿第三定律可知,小物块在B点对半球壳的压力为3N;
(2)小物块从C点水平滑出做平抛运动,其恰好落在B点,则可知小物块在平抛过程中:
水平位移x=r=vct…①
竖直位移y=r=
1
2
gt2
…②
由①和②可得:vC=
r
t
=
r

2r
g
=

gr
2
=

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