题目内容
(12分)如图所示,将一质量m = 1kg的小物块以一定的初速度从A点水平抛出,恰好无碰撞地沿圆弧切线从B点进入光滑的竖直平面内圆弧轨道运动。圆弧的两端点B、C连线水平。小物块离开C点后恰能无碰撞地沿固定斜面向上运动,经0.8s通过D点。己知圆弧半径R = 1.0m,圆弧对应的圆心角θ = 106°,轨道最低点为O,A点距水平面的高度h = 0.8m,小物块与斜面间的动摩擦因数μ=
,重力加速度g取10m/s2,sin37° = 0.6,cos37° = 0.8,试求:
(1)小物块离开A点的水平初速度υA;
(2)小物块经过O点时轨道的支持力大小N;
(3)斜面上C、D间的距离sCD。
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(12分)解:(1)对小物块,由
到
在竖直方向有 υy2 = 2gh
在
点tan
=
代入数据解得 υA = 3m/s (3分)
(2)小物块由
到
,根据机械能守恒定律得,
mgR(1 – cos
) +
mυB2 =
mυO2 (1分)
其中υB =
= 5m/s (1分)
小物块在
点由牛顿笫二定律得 N – mg = m
(1分)
代入数据解得 N = 43N (1分)
(4)小物块沿斜面上滑,由牛顿第二定律得 mgsin
+ μmgcos
= ma1
代入数据解得 a1 = 10m/s2 (1分)
小物块沿斜面下滑,由牛顿第二定律得 mgsin
– μmgcos
= ma2
代入数据解得 a2 = 6m/s2 (1分)
由机械能守恒定律知 υC = υB = 5m/s
小物块由
上升到最高点历时 t1 =
= 0.5s (1分)
小物块由最高点回到
点历时 t2 = 0.8s – 0.5s = 0.3s
故sCD =
t1 –
a2t22 (1分)
代入数据解得
间的距离 sCD = 0.98m (1分)