题目内容
(1)要使盒子在最高点时盒子与小球之间恰好无作用力,则该盒子做匀速圆周运动的周期为多少?
(2)若盒子以第(1)问中周期的做匀速圆周运动,则当盒子运动到图示球心与O点位于同一水平面位置时,小球对盒子的哪些面有作用力,作用力为多大?
(1) (2) 小球对盒子的右侧面和下侧面有作用力 4 mg和mg
设此时盒子的运动周期为T0,因为在最高点时盒子与小球之间刚好无作用力,因此小球仅受重力作用.根据牛顿运动定律得:
(1分)
(1分)
解之得: (2分)
(2)设此时盒子的运动周期为T,则此时小球的向心加速度为:(1分)
由第一问知: 且 (1分)
由上述三式知: (1分)
设小球受盒子右侧面的作用力为F,受上侧面的作用力为N,根据牛顿运动定律知:
在水平方向上: (2分)
即: (1分)
在竖直方向上: (2分)
即: (1分)
因为F为正值、N为负值,所以小球对盒子的右侧面和下侧面有作用力,分别为:
4 mg和mg (1分)
(1分)
(1分)
解之得: (2分)
(2)设此时盒子的运动周期为T,则此时小球的向心加速度为:(1分)
由第一问知: 且 (1分)
由上述三式知: (1分)
设小球受盒子右侧面的作用力为F,受上侧面的作用力为N,根据牛顿运动定律知:
在水平方向上: (2分)
即: (1分)
在竖直方向上: (2分)
即: (1分)
因为F为正值、N为负值,所以小球对盒子的右侧面和下侧面有作用力,分别为:
4 mg和mg (1分)
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