题目内容

如图(甲)所示,弯曲部分AB和CD是两个半径相等的圆弧,中间的BC段是竖直的薄壁细圆管(细圆管内径略大于小球的直径),细圆管分别与上、下圆弧轨道相切连接,BC段的长度L可作伸缩调节.下圆弧轨道与地面相切,其中D、A分别是上、下圆弧轨道的最高点与最低点,整个轨道固定在竖直平面内.一小球多次以某一速度从A点水平进入轨道而从D点水平飞出.今在A、D两点各放一个压力传感器,测试小球对轨道A、D两点的压力,计算出压力差△F.改变BC间距离L,重复上述实验,最后绘得ΔF-L的图线如图(乙)所示,(不计一切摩擦阻力,g取10 m/s2),试求:

(1)某一次调节后D点离地高度为0.8 m.小球从D点飞出,落地点与D点水平距离为2.4 m,小球通过D点时的速度大小

(2)小球的质量和弯曲圆弧轨道的半径大小.

答案:
解析:

  (1)小球在竖直方向做自由落体运动,(1分)

  水平方向做匀速直线运动(1分)

  联立解得(2分)

  (2)设轨道半径为r,A到D过程机械能守恒

  (2分)

  在A点:(1分)

  在D点:(1分)

  由以上三式得:

  (2分)

  图象的截距为,

  当时,力的差值

  联立解得:(3分)


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