题目内容
【题目】如图所示,在竖直平面内固定有两个很靠近的同心圆形轨道,外圆ABCD的光滑,内圆A′B′C′D′的上半部分B′C′D′粗糙,下半部分B′A′D′光滑。一质量m=0.1kg的小球从轨道的最低点A,以初速度v0向右运动,球的尺寸略小于两圆间距,球运动的半径R=0.2m,取g=10m/s2。
(1)若要使小球始终紧贴外圆做完整的圆周运动,初速度v0至少为多少?
(2)若v0=3m/s,经过一段时间小球到达最高点,内轨道对小球的支持力N=1N,则在这段时间内摩擦力对小球做的功是多少?
(3)若v0=3m/s,经过足够长的时间后,小球经过最低点A时受到的支持力为多少?小球在整个运动过程中减少的机械能是多少?
【答案】(1)(2)
(3)
,
【解析】
(1)设此情形下小球到达最高点的最小速度为vC,则有
代入数据解得:
(2)设此时小球到达最高点的速度为,克服摩擦力做的功为W,则
代入数据解得:
(3)经足够长时间后,小球在下半圆轨道内做往复运动,设小球经过最低点的速度为vA,受到的支持力为NA,则有:
代入数据解得;设小球在整个运动过程中减少的机械能为
,由功能关系有:
代入数据解得:.
答:(1)若要使小球始终紧贴外圆做完整的圆周运动,初速度v0至少为.
(2)若v0=3m/s,经过一段时间小球到达最高点,内轨道对小球的支持力N=1N,则在这段时间内摩擦力对小球做的功是.
(3)若v0=3m/s,经过足够长的时间后,小球经过最低点A时受到的支持力为;小球在整个运动过程中减少的机械能是
.
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