题目内容

一轻质弹簧左端固定在某点,放在水平面上,如图所示。A 点左侧的水平面光滑,右侧水平面粗糙,在A 点右侧5m 远处竖直放置一半圆形光滑轨道,轨道半径R=0.4m,连接处平滑。现将一质量m=0.1kg 的小滑块放在弹簧的右端(不拴接),用力向左推滑块而压缩弹簧,使弹簧具有的弹性势能为2J,放手后,滑块被向右水平弹出。已知滑块与A 点右侧水平面的动摩擦因数μ=0.2,取g=10m/s2。求:

(1)滑块运动到半圆形轨道最低点B 处时对轨道的压力;           

(2)改变半圆形轨道的位置(左右平移),使得从原位置被弹出的滑块到达半圆形轨道最高点C 处时对轨道的压力大小等于滑块的重力,则AB之间的距离应为多大。

 

【答案】

(1)6N,方向竖直向下(2)6m

【解析】(1)从小滑块被释放到达B点的过程中,据动能定理有

滑块在圆周轨道B点处,有

等数据代入,解得

由牛顿第三定律可知,滑块对轨道的压力大小为6N,方向竖直向下

(2)在圆周最高点C处,滑块对轨道的压力等于其重力,包含两种情况:

第一,当压力方向向上(滑块受到的支持力向下)时,

在C点处,有

整个过程有

带入得

第二,当压力方向向下(滑块受到的支持力向上)时,同理可解得

 

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