题目内容

如图所示,光滑曲面AB与水平面BC平滑连接于B点,BC右端连接内壁光滑、半径为r细圆管CD,管口D端正下方直立一根劲度系数为k的轻弹簧,轻弹簧下端固定,上端恰好与管口D端齐平。质量为m的小球在曲面上距BC的高度为2r处从静止开始下滑,进入管口C端时与管壁间恰好无作用力,通过CD后压缩弹簧,在压缩弹簧过程中速度最大时弹簧的弹性势能为EP,已知小球与BC间的动摩擦因数μ=0.5。求:

(1)小球达到B点时的速度大小vB

(2)水平面BC的长度s

(3)在压缩弹簧过程中小球的最大速度vm

(1)由机械能守恒得

mg2r=mvB2                                                                          

解得vB=2                                        

(2)由mg=m                                                  

vC=                                           

由动能定理得

mg2r-μmgs=mvC2                                                         

解得s=3r                                                    

(3)设在压缩弹簧过程中小球速度最大时离D端的距离为x,则有

kx=mg                                 

x=                                                     

由功能关系得 mg(r+x) -EP = mvm2-mvC2                    

得  vm=       

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