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精英家教网如图所示,半球形金属壳的半径为R,开口向上,竖直固定放置,质量为m的物块,沿着金属壳内壁滑下,滑到最低点时速度大小v,物块与球壳之间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g,求:
(1)物块滑到最低点时向心加速度a的大小和方向;
(2)物块在最低点受到的支持力N的大小;
(3)物块在最低点受到的摩擦力f的大小.
分析:根据牛顿第二定律求出小球所受的支持力,根据滑动摩擦力公式求出摩擦力的大小,从而确定合力的大致方向.
解答:解:(1)物块滑到最低点所需的向心力F=m
v2
R

根据牛顿第二定律F=ma
联立①、②两式解得向心加速度a=
v2
R

向心加速度的方向竖直向上                                           
(2)物块在最低点由重力mg和支持力N的合力提供向心力F=N-mg④
联立①、④两式解得支持力N=mg+
mv2
R

(3)物块在最低点受到的摩擦力f=μN⑥
联立⑤、⑥两式解得摩擦力f=μ(mg+
mv2
R
)

答:(1)物块滑到最低点时向心加速度a=
v2
R
,方向竖直向上;
(2)物块在最低点受到的支持力N=mg+
mv2
R

(3)物块在最低点受到的摩擦力f=μ(mg+
mv2
R
)
点评:解决本题的关键确定物体做圆周运动向心力的来源,运用牛顿第二定律进行求解.
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