题目内容

如图5-2-9所示,长为L、内壁光滑的直管与水平地面成30°角固定放置.将一质量为m的小球固定在管底,用一轻质光滑细线将小球与质量为M=km的小物块相连,小物块悬挂于管口.现将小球释放,一段时间后,小物块落地静止不动,小球继续向上运动,通过管口的转向装置后做平抛运动,小球在转向过程中速率不变.(重力加速度为g).

(1)求小物块下落过程中的加速度大小;

(2)求小球从管口抛出时的速度大小;

(3)试证明小球平抛运动的水平位移总小于L.

解析 (1)设细线中的张力为T,根据牛顿第二定律得

Mg-T=Ma T-mgsin 30°=ma

且M=km 解得a=g.

(2)设M落地时速度大小为v,m射出管口时速度大小为v0.

M落地前由动能定理得Mg·Lsin 30°-mg·Lsin 30°·sin 30°=(M+m)v2,对m,M落地后由动能定理得-mg(L-Lsin 30°)sin 30°=mv02-mv2

联立解得v0= (k>2).

(3)小球做平抛运动,则x=v0t Lsin 30°=gt2

解得x=L 由<得x=L <L.

答案 (1)g (2) (k>2) (3)见解析

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