题目内容

如图所示,水平轨道AB与位于竖直面内半径为R=0.90 m的半圆形光滑轨道BCD相连,半圆形轨道的BD连线与AB垂直.质量为m=1.0 kg可看作质点的小滑块在恒定外力F作用下从水平轨道上的A点由静止开始向右运动,物体与水平地面间的动摩擦因数μ=0.5.到达水平轨道的末端B点时撤去外力,小滑块继续沿半圆形轨道运动,且恰好能通过轨道最高点D,滑块脱离半圆形轨道后又刚好落到A点.g取10 m/s2,求:

(1) 滑块经过B点进入圆形轨道时对轨道的压力大小

(2) 滑块在AB段运动过程中恒定外力F的大小.

 

(1) 小滑块恰好通过最高点,则有:mg=m(1分)

设滑块到达B点时的速度为vB,滑块由B到D过程由动能定理有:

-2mgR=mv2D-mv2B(2分)

对B点:FN-mg=m(2分)

代入数据得:FN=60 N(1分)

由牛顿第三定律知滑块对轨道的压力为60 N,方向竖直向上(1分)

(2) 滑块从D点离开轨道后做平抛运动,则:2R=gt2(1分)

SAB=vDt(1分)

滑块从A运动到B有:v2B=2aSAB(2分)

由牛顿第二定律有:F-μmg=ma(2分)

代入数据得:F=17.5 N(1分)

解析:略

 

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