题目内容

如图所示,在同一竖直平面内的两正对着的相同半圆光滑轨道,相隔一定的距离,虚线沿竖直方向,一小球能在其间运动,今在最高点A与最低点B各放一个压力传感器,测试小球对轨道的压力,并通过计算机显示出来,当轨道距离变化时,测得两点压力差与距离x的图象如图,g取10m/s2,不计空气阻力,求:
(1)写出△N与x的关系式
(2)小球的质量m
(3)半圆轨道的半径R.
分析:(1)由向心力公式可得出AB两点时的压力,结合动能定理即可求得压力之差的表达式;
(2)由得出的压力之差的表达式,结合图象可以得出物体质量及轨道半径;
解答:解:(1)设轨道半径为R,由动能定理得
mg(2R+x)=
1
2
mvB2-
1
2
mvA2
在B点:NB-mg=m
vB2
R

在A点:NA+mg=m
vA2
R

联立解得
△N=6mg+
2mg
R
x

(2)由图象可知,截距为6mg=3
解得m=0.05kg
(3)由图象可知,斜率k=
2mg
R

解得R=1m
答:(1)△N与x的关系式为△N=6mg+
2mg
R
x

(2)小球的质量m为0.05Kg;
(3)半圆轨道的半径R为1m.
点评:机械能守恒或动能定理与圆周运动的结合为常见题型,在解题时要注意临界条件的确定,并能正确选择机械能守恒或动能定理列式求解.
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