题目内容
【题目】如图所示,AB与CD是倾斜角为53°的两个对称的粗糙斜面,A与D,B与C分别位于同一水平面上,两斜面与光滑圆弧轨道相切于B、C两点,E为轨道的最低点。A、B两点间的高度差为h=1.5m,圆弧轨道的半径R=0.5m,滑块P的质量m=2kg,滑块与斜面间的动摩擦因数μ=0.05,重力加速度g取10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6,求:
(1)滑块P至少以多大的初速度v0从A点下滑,才能冲上斜面CD到达D点?
(2)若滑块P在A点由静止开始下滑,求它在两斜面上走过的总路程S?
(3)若滑块P在A点由静止开始下滑,求其对轨道最低点E的最大压力和最小压力各为多少?
【答案】(1)1.5m/s(2)50m(3)151.5N; 36N
【解析】
(1)滑块恰好到达D点时速度为零,根据动能定理有:
-2μmgcos53°=0-mv02
得:
v0=
解得:
v0=1.5m/s
(2)最终滑块在光滑轨道上来回运动,且到达B点和C点时速度均为零,根据动能定理有:
mgh-μmgcos53°S=0-0
解得:
S=50m
(3)设滑块经过E点时的最小速率为v1,最小支持力为N1;最大速率为v2,最大支持力为N2。
根据牛顿第二定律有:
N1-mg=m
N2-mg=m
根据动能定理得:
mgR(1-cos53°)=
mg[h+R(1-cos53°)]-μmgcos53°=
解得:
v1=2m/s
v2=m/s
N1=36N
N2=151.5N
由牛顿第三定律知滑块对轨道E点的最大压力为151.5N,最小压力为36N。
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