题目内容

【题目】如图,位于竖直平面内的光滑轨道由四分之一圆弧ab和抛物线bc组成,圆弧半径Oa水平,b点为抛物线顶点.已知h=2m,s= m.取重力加速度大小g=10m/s2

(1)一小环套在轨道上从a点由静止滑下,当其在bc段轨道运动时,与轨道之间无相互作用力,求圆弧轨道的半径;
(2)若环从b点由静止因微小扰动而开始滑下,求环到达c点时速度的水平分量的大小.

【答案】
(1)

解:当其在bc段轨道运动时,与轨道之间无相互作用力,则在bc上只受重力,做平抛运动,则有:

=

则在b点的速度 ②,

从a到b的过程中,根据动能定理得:

解得:R=0.25m.


(2)

解:从b点下滑过程中,初速度为零,只有重力做功,b到c的过程中,根据动能定理得:

因为物体滑到c点时与竖直方向的夹角等于(1)问中做平抛运动过程中经过c点时速度与竖直方向的夹角相等,设为θ,

则根据平抛运动规律可知 ⑤,

根据运动的合成与分解可得

由①②③④⑤⑥解得:v水平= m/s


【解析】(1)当其在bc段轨道运动时,与轨道之间无相互作用力,则在bc上只受重力,做平抛运动,根据平抛运动基本公式求出b点速度,再根据动能定理求解R;(2)下滑过程中,初速度为零,只有重力做功,b到c的过程中,根据动能定理列式,根据平抛运动基本公式求出c点速度方向与竖直方向的夹角,再结合运动的合成与分解求解.

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