为了纪念2008年奥运会的成功举办,某公司为某游乐园设计了如图所示的玩具轨道,其中EC间的“2008”是用内壁光滑、透明的薄壁圆管弯成的竖直轨道,AB是竖直放置的光滑圆管轨道,

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

为了纪念2008年奥运会的成功举办,某公司为某游乐园设计了如图所示的玩具轨道,其中EC间的“2008”是用内壁光滑、透明的薄壁圆管弯成的竖直轨道,AB是竖直放置的光滑圆管轨道,B、E间是粗糙的水平平台,管道B、E、C端的下表面在同一水平线上且切线均为水平方向。现让质量m=0.5Kg的闪光小球(可视为质点)从A点正上方的Q处自由落下,从A点进入轨道,依次经过圆管轨道AB、平台BE和“8002”后从C点水平抛出。已知圆管轨道半径=0.4m,“O”字形圆形轨道半径=0.02m。Q点距A点高H=5m,到达“O”字形轨道最低点P时的速度为10m/s,,取g=10m/s2。求:

(1)小球到达O字形圆形轨道顶端N点时受到的轨道的弹力;
(2)在D点正上方高度为0.038m处设置一垂直于纸面粗细可不计的横杆,若D到C的水平距离为0.1m,则小球应距A点正上方多高处释放时,才能刚好能够从横杆上越过?

◎ 答案

(1)设小球到达“O”字形圆形轨道最低点P点时的速度为v1,小球到达“O”字形圆形轨道顶端N点时的速度为v2,受到轨道的压力为FN

则小球从“O”字形圆形轨道的最低点P到达“O”字形圆形轨道的最高点N点的过程中,由机械能守恒得:①3分
当小球到达“O”字形圆形轨道顶端N点时,由牛顿第二定律得: ② 3分
由①②解得
 …③  2分
(2)小球从最高处Q到管口A的过程中,只有重力做功,由管口A至经圆管轨道,然后沿弯管到达“O”字形圆形轨道的最低点P点的过程中,重力、摩擦力都做功。
即小球从最高处Q到达“O”字形圆形轨道的最低点P点的过程中,由动能定理得:
……④   3分
由式解得)-="2.2J " … ⑤     1分
根据题目给出数据,设小球下落至横杆高度处下落的高度差为△h,对应所用时间,
…⑥      1分
为使小球刚好能够从横杆上越过(对应水平位移为x),小球离开D点时的速度为
……⑦  1分
设小球再次释放时的高度为h,注意到小球在水平地面上运动时,摩擦力所做的
功仍为Wf,对从A点正上方开始下滑至C点的运动过程中,由
 ……⑧  3分
代入数据,得h="1.29m" …… ⑨    1分

◎ 解析

◎ 知识点

    专家分析,试题“为了纪念2008年奥运会的成功举办,某公司为某游乐园设计了如图所示的玩具轨道,其中EC间的“2008”是用内壁光滑、透明的薄壁圆管弯成的竖直轨道,AB是竖直放置的光滑圆管轨道,…”主要考查了你对  【机械能守恒定律】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。

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