如图所示,BC为半径等于252m竖直放置的光滑细圆管,O为细圆管的圆心,在圆管的末端C连接倾斜角为45°、动摩擦因数μ=0.6的足够长粗糙斜面,一质量为m=0.5kg的小球从O点正上方

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 机械能守恒定律/2022-11-10 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示,BC为半径等于
2
5

2
m竖直放置的光滑细圆管,O为细圆管的圆心,在圆管的末端C连接倾斜角为45°、动摩擦因数μ=0.6的足够长粗糙斜面,一质量为m=0.5kg的小球从O点正上方某处A点以v0水平抛出,恰好能垂直OB从B点进入细圆管,小球从进入圆管开始受到始终竖直向上的力F=5N的作用,当小球运动到圆管的末端C时作用力F立即消失,小球能平滑地冲上粗糙斜面.(g=10m/s2)求:
(1)小球从O点的正上方某处A点水平抛出的初速度v0为多少?
(2)小球在圆管中运动时对圆管的压力是多少?
(3)小球在CD斜面上运动的最大位移是多少?
魔方格

◎ 答案

(1)小球从A运动到B为平抛运动,有:
rsin45°=v0t
在B点,有:tan45°=
gt
v0

解以上两式得:v0=2m/s
(2)在B点据平抛运动的速度规律有:vB=
v0
sin45°
=2

2
m/s
小球在管中的受力分析为三个力:由于重力与外加的力F平衡,故小球所受的合力仅为管的外轨对它的压力,得小球在管中做匀速圆周运动,由圆周运动的规律得细管对小球的作用力N=m
v2B
r
=

2
N
根据牛顿第三定律得小球对细管的压力N′=N=5

2
N;
(3)在CD上滑行到最高点过程,根据牛顿第二定律得:
mgsin45°+μmgcos45°=ma
解得:a=g(sin45°+μcos45°)=8

2
m/s2

根据速度位移关系公式,有:
x=
v2B
2a
=
8
2×8
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