题目内容

固定的轨道ABC如图,其中水平轨道AB与半径为R的1/4光滑圆弧轨道BC相连接,AB与圆弧相切于B点.质量为m的小物块静止在水平轨道上的P点,它与水平轨道间的动摩擦因数为=0.25,PB=2R.用大小等于2mg的水平恒力推动小物块,当小物块运动到B点时,立即撤去推力.(小物块可视为质点.)

  (1)求小物块沿圆弧轨道上升后,可能达到的最大高度H

  (2)如果水平轨道AB足够长,试确定小物块最终停在何处?

 

 

(1)3.5R         (2)小物块最终停在B点右侧,距B点14R远处


解析:

(1)设:小物块在水平面上受到的水平恒力为F=2mg,阻力为f,当质点运动到B点时速度为.从PB,根据动能定理,有:

   ①

         ②

  Nmg    ③  (共4分)

  三式联立,解得:  ④  (2分)

  质点从BC,沿光滑曲面运动,机械能守恒,有:

    ⑤  (2分)

  解得:  ⑥  (2分)

  质点从C点竖直上抛,达到的最大高度为h

    ⑦  (2分)

  所以小物块运动过程中离水平地面的最大高度为:

  HRh=3.5R  (2分)

  (2)由于机械能守恒,小物块从曲面上落回B点时的速度大小等于,即:

    ⑧

  小物块从B点向A方向运动,滑行至最远,有:

    ⑨

    ⑩  (三式共2分)

  由④、⑧、⑨、⑩式联立,解得:  (2分)

  代入数据:s=14R

  即:小物块最终停在B点右侧,距B点14R远处.  (2分)

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