题目内容

【题目】一个弹珠游戏简化如下图所示。竖直安装在高H=1m的桌面上的“过山车”轨道模型,水平轨道OB粗糙, 长为1m,BD光滑;光滑圆轨道半径为R=0.4m。一弹簧左端固定,右端自由伸长到A点,OA长为0.1m。距桌子右边缘线DF距离S=1.6m有一高度h=0.8m的竖直挡板。现在A点静止放置一个质量m=1kg的小球,并用力缓慢向左把小球推到O点,在这个过程中推力做功W=22.4J。已知小球与轨道OB的摩擦因数μ为0.4,重力加速度g=10m/s2,不计空气阻力。求:

(1)小球推到O点时,弹簧的弹性势能EP.

(2)该小球从O点静止释放后,运动到圆轨道最高点C时对轨道的压力大小.

(3)为了使都从O点静止释放的小球能落在DF和挡板之间,小球的质量m满足的条件.

【答案】(1) (2) (3)

【解析】试题分析:对向左推小球过程分析,根据功能关系即可求得弹簧的弹性势能;对OC过程分析,根据动能定理可求得小球到达C点的速度,再根据向心力公式即可求得对轨道的压力;对小球运动过程分析,明确小球落在DF和挡板之间的条件,再根据动能定理和平抛运动规律即可求得小球质量应满足的条件.

(1)根据根据功能关系可知, ,解得

(2)研究O到C过程:由能量守恒

小球到C点时 ,解得

(3)①小球从O点恰好到达C点:

②小球恰能够过挡板最高点

,

所以小球的质量满足

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