题目内容

19.如图所示,质量为1kg物块自高台上A点以4m/s的速度水平抛出后,刚好在B点沿切线方向进入半径为0.5m的光滑圆弧轨道运动.到达圆弧轨道最底端C点后沿粗糙的水平面运动4.3m到达D点停下来,已知OB与水平面的夹角θ=53°,g=10m/s2(sin53°=0.8,cos53°=0.6).求:
(1)AB两点的高度差;
(2)物块到达C点时,物块对轨道的压力;
(3)物块与水平面间的动摩擦因数.

分析 (1)小物块从A到B做平抛运动,恰好从B端沿切线方向进入轨道,速度方向沿切线方向,根据几何关系求得速度υB的大小,然后由机械能守恒求出AB之间的高度差;
(2)小物块由B运动到C,据机械能守恒求出到达C点的速度,再由牛顿运动定律求解小物块经过圆弧轨道上C点时对轨道压力NC的大小.
(3)小物块从C运动到D,根据功能关系列式求解.

解答 解:(1)小物块恰好从B端沿切线方向进入轨道,据几何关系有:υB=$\frac{{v}_{0}}{sinθ}$=$\frac{4}{0.8}=5$m/s.
A到B的过程中机械能守恒,得:$mgh+\frac{1}{2}m{v}_{0}^{2}=\frac{1}{2}m{v}_{B}^{2}$
联立得:h=0.45m
(2)小物块由B运动到C,据动能定理有:mgR(1+sinθ)=$\frac{1}{2}$mυC2-$\frac{1}{2}$mυB2                
在C点处,据牛顿第二定律有NC′-mg=m$\frac{{v}_{C}^{2}}{R}$                                  
解得NC′=96 N                                                                 
根据牛顿第三定律,小物块经过圆弧轨道上C点时对轨道压力大小NC为96N.
(3)小物块从C运动到D,据功能关系有:
$-μmgL=0-\frac{1}{2}m{v}_{C}^{2}$
联立得:μ=0.5
答:(1)AB两点的高度差是0.45m;
(2)物块到达C点时,物块对轨道的压力是96N;
(3)物块与水平面间的动摩擦因数是0.5.

点评 该题为平抛运动与圆周运动的结合的综合题,要能够掌握平抛运动的规律、牛顿第二定律和机械能守恒定律,关键能正确分析能量如何转化.

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