题目内容

2.如图所示,ABC为固定在竖直平面内的轨道,AB段水平且粗糙程度均匀,BC段为半径R=2.5m、圆心角为θ的光滑圆弧.穿在轨道上的小球可视为质点,在A处获得水平向左的初始速度vA=1.0m/s,经过s=0.25m的位移到达B点,速度减为vB=0.2m/s,则球与AB之间的动摩擦因数μ=0.192.从小球经过B点开始计时,再需t=0.5πs的时间,可以第二次经过B点.

分析 研究小球从A运动到B的过程,运用动能定理求球与AB之间的动摩擦因数μ.小球在光滑圆弧上的运动类似于单摆,等效摆长等于圆弧的半径,由单摆的周期公式求解时间t.

解答 解:小球从A运动到B的过程,由动能定理得
-μmgs=$\frac{1}{2}m{v}_{B}^{2}$-$\frac{1}{2}m{v}_{A}^{2}$
可得 μ=$\frac{{v}_{A}^{2}-{v}_{B}^{2}}{2gs}$
代入解得 μ=0.192
小球在光滑圆弧上的运动类似于单摆,等效摆长等于圆弧的半径,则 t=$\frac{T}{2}$=$\frac{1}{2}×$2π$\sqrt{\frac{R}{g}}$=π×$\sqrt{\frac{2.5}{10}}$s=0.5π s
故答案为:0.192;1.57(或 0.5π).

点评 本题采用类比的方法研究小球在圆弧轨道上的运动情况,将其运动情况看成单摆运动,可运用单摆的周期公式来研究时间.

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