题目内容
【题目】如图所示,光滑曲面AB与水平面BC平滑连接于B点,BC右端连接内壁光滑、半径为r的细圆管CD,管口D端正下方直立一根劲度系数为k的轻弹簧,轻弹簧下端固定,上端恰好与管口D端齐平.质量为m的小球在曲面上距BC的高度为2r处从静止开始下滑,进入管口C端时与管壁间恰好无作用力,通过CD后压缩弹簧,在压缩弹簧过程中速度最大时弹簧的弹性势能为Ep,已知小球与BC间的动摩擦因数μ=0.5.求:
(1)小球达到B点时的速度大小vB;
(2)水平面BC的长度s;
(3)在压缩弹簧过程中小球的最大速度vm.
【答案】(1)(2)3r.(3)
【解析】
试题分析:(1)由机械能守恒得mg2r=mvB2
解得
(2)由
得
由A至C,由动能定理得mg2r-μmgs=mvC2
解得s=3r.
(3)设在压缩弹簧过程中小球速度最大时离D端的距离为x,则有kx=mg
得
由功能关系得mg(r+x)-Ep=mv B2-mvC2
得
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