题目内容

(18分) 如图所示,一竖直面内的轨道由粗糙斜面 AB 和半径为R的光滑圆轨道 BCD组成,AB 与 BCD 相切于 B 点,C 为圆轨道的最低点,圆弧BC所对应的圆心角θ=60°。现有一质量为m的物块(可视为质点)从轨道 ABC 上离地面某一高度h(大小可变)处由静止下滑,已知物块与斜面间的动摩擦因数为,重力加速度用g表示,求:

(1)当时,物块滑到C点时对轨道的压力FN
(2)当h为多少时,物块恰能滑到圆轨道的最高点D;
(3)在满足(2)问的条件下,物块将从D点离开圆轨道,则物块即将与轨道首次相碰时的动能为多大?
(1)  (2)   (3)

试题分析:(1)过B点作一条水平的辅助线,与图中AG和OC分别交于E和F两点,如图所示

由几何关系易得
 
研究从A到C这个过程,根据动能定理
又有,所以解得
(2)研究从A到D这个过程,根据动能定理又有,所以解得
(3)由上问可知,物体脱离D点后作平抛运动,则有,假设物体能掉在圆弧上,则令,此时,假设矛盾,所以物体一定掉在斜面上。
由几何关系易得D点到斜面上等高点的距离为
所以由,解得
再由,解得
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