质量为m的小球(可看作质点)在竖直放置的光滑圆环轨道内运动,如图所示,小球在最高点A时的速度为2gR,其中R为圆环的半径.求:(1)小球经过最低点C时的速度;(2)小球在最低点C对

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

质量为m的小球(可看作质点)在竖直放置的光滑圆环轨道内运动,如图所示,小球在最高点A时的速度为

2gR
,其中R为圆环的半径.求:
(1)小球经过最低点C时的速度;
(2)小球在最低点C对圆环的压力;
(3)小球到达位置B时的角速度.
魔方格

◎ 答案

(1)小球从最高点运动到最低点的过程中机械能守恒,设小球到达最低点时的速度大小为vC,根据机械能守恒定律
mg2R+
1
2
mvA2=
1
2
mvC2                            
解得vC=

6gR
                        
(2)小球在最低点C时,受到的合外力提供小球做圆周运动的向心力,设轨道对小球的支持力为N,根据牛顿第二定律和圆周运动公式
N-mg=m
vC2
R
                       
解得:N=7mg                              
根据牛顿第三定律,小球对轨道的压力
N′=N=7mg                         
(3)设小球运动到B点时的速度大小为vB,根据机械能守恒定律
mgR(1-sin30°)+
1
2
mvA2=
1
2
mvB2         
解得:vB=

3gR
             
由圆周运动角速度ω与线速度v的关系,得小球在B点的角速度
ωB=
vB
R
=

3g
R
           
答:(1)小球经过最低点C时的速度为

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