题目内容
【题目】如图所示,竖直平面内的轨道ABCD由水平轨道AB与光滑的四分之一圆弧轨道CD组成,AB恰与圆弧CD在C点相切,轨道固定在水平面上.一个质量为m的小物块(可视为质点)从轨道的A端以初动能E冲上水平轨道AB,沿着轨道运动,由DC弧滑下后停在水平轨道AB的中点.已知水平轨道AB长为L.求:
(1)小物块与水平轨道的动摩擦因数μ.
(2)为了保证小物块不从轨道的D端离开轨道,圆弧轨道的半径R至少是多大?
(3)若圆弧轨道的半径R取第(2)问计算出的最小值,增大小物块的初动能,使得小物块冲上轨道后可以达到最大高度是1.5R处,试求物块的初动能并分析物块能否停在水平轨道上.如果能,将停在何处?如果不能,将以多大速度离开水平轨道.
【答案】(1).
(2).
(3)L处.
【解析】试题分析:(1)小物块最终停在AB的中点,在这个过程中,由动能定理得:﹣μmg(L+0.5L)=﹣E
得:μ=
(2)若小物块刚好到达D处,速度为零,同理,有:﹣μmgL﹣mgR=﹣E
解得CD圆弧半径至少为:R=
(3)设物块以初动能E′冲上轨道,可以达到的最大高度是1.5R,由动能定理得:
﹣μmgL﹣1.5mgR=﹣E′
解得:E′=
物块滑回C点时的动能为EC=1.5mgR=,由于EC<μmgL=,故物块将停在轨道上.
设到A点的距离为x,有﹣μmg(L﹣x)=﹣EC
解得:x=L
即物块最终停在水平滑道AB上,距A点L处.
答:(1)小物块与水平轨道的动摩擦因数μ为.
(2)为了保证小物块不从轨道的D端离开轨道,圆弧轨道的半径R至少是.
(3)物块最终停在水平滑道AB上,距A点L处.
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