题目内容

9.如图所示,一小球从一光滑曲面AB某高度处由静止开始下滑,刚好进入光滑半圆轨道CDE做圆周运动,半圆轨道半径为R(小球直径远小于R),之后进入粗糙水平轨道EF做减速运动,小球和水平轨道间的动摩擦因素为μ,求:
(1)小球要能在半圆轨道CDE内做完整圆周运动,至少要从曲面AB多高处释放?
(2)若A、B点间的高度差为R,把小球从曲面轨道某高度处由静止释放,小球在水平面EF上滑行的最大距离是多少?

分析 (1)由牛顿第二定律求出小球进入圆形轨道时的临界速度,然后由动能定理求出释放的高度.
(2)释放高度越大,小球在EF上滑行的距离越大,由动能定理可以求出滑行的最大距离.

解答 解:(1)小球进入CDE恰好做圆周运动,
在C点,由牛顿第二定律得:mg=m$\frac{{v}^{2}}{R}$,解得:v=$\sqrt{gR}$,
小球从A到C过程,由动能定理得:mgh=$\frac{1}{2}$mv2,解得:h=$\frac{1}{2}$R;
(2)球的释放高度越大,在EF上滑行的距离越大,
最大释放高度为R,整个运动过程,由动能定理得:
mgR+mg•2R-μmgs=0-0,解得:s=$\frac{3R}{μ}$;
答:(1)小球要能在半圆轨道CDE内做完整圆周运动,至少要从曲面AB高$\frac{1}{2}$R处释放.
(2)若A、B点间的高度差为R,把小球从曲面轨道某高度处由静止释放,小球在水平面EF上滑行的最大距离是$\frac{3R}{μ}$.

点评 本题考查了求高度与滑行距离问题,分析清楚运动过程,应用牛顿第二定律、动能定理即可正确解题.

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