题目内容
【题目】
如图所示,光滑管状轨道ABC由直轨道AB和圆弧轨道BC组成,二者在B处相切并平滑连接,O为圆心,O、A在同一条水平线上,OC竖直,一直径略小于圆管直径的质量为m的小球,用细线穿过管道与质量为M的物块连接,将小球由A点静止释放,当小球运动到B处时细线断裂,小球继续运动。已知弧形轨道的半径为R=m,所对应的圆心角为53°,sin53°=0.8,cos53°=0.6,g=10 m/s2.
(1)若M=5m,求小球在直轨道部分运动时的加速度大小。
(2)若M=5m,求小球从C点抛出后下落高度h=m时到C点的水平位移。
(3)M、m满足什么关系时,小球能够运动到C点?
【答案】(1)7m/s2
(2)
(3)
【解析】(1)设细线中张力为F,对小球:F-mgsin53°=ma
对物块:Mg-F=Ma
联立解得:a=7m/s2
(2)在Rt△OAB中,得: ;
由v2=2axAB代入数据解得:v=2 m/s;
从B到C,根据机械能守恒,有:
小球离开C后做平抛运动,有:
x=vCt
联立并代入数据解得:
(3)小球A→B:M、m系统机械能守恒,有:
线断后,小球B→C,
联立,解得: .
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