题目内容
如图所示,在同一竖直平面内的两正对着的相同半圆光滑轨道,相隔一定的距离,虚线沿竖直方向,一小球能在其间运动,今在最高点A与最低点B各放一个压力传感器,测试小球对轨道的压力,并通过计算机显示出来,当轨道距离变化时,测得两点压力差与距离x的图像如图,g取10 m/s2,不计空气阻力,求:
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(1)小球的质量为多少?
(2)若小球的最低点B的速度为20 m/s,为使小球能沿轨道运动,x的最大值为多少?
【知识点】机械能守恒定律;牛顿第二定律;向心力.D4 C2 E3
【答案解析】(1)0.05kg;(2)17.5m.解析: (1)设轨道半径为R,由机械能守恒定律;
……………(1)
对B点:
………(2)
对A点:
……(3)
由(1)(2)(3)式得:
两点压力差
………(4)
由图象得:截距
得
………(5)
(2)因为图线的斜率
得
……(6)
在A点不脱离的条件为:
……(7)
由(1)(5)(6)(7)式得:
………(8)
【思路点拨】(1)由机械能守恒及分别对A点和B点由向心力公式可求得压力差与距离x的关系式,则可由图象的截距求得物体的质量;(2)由图象的斜率可求得光滑圆轨道的半径,由机械能守恒定律及竖直面内的圆周运动临界值可求得x的最大值.本题考查机械能守恒的应用及竖直面内的圆周运动的临界值的应用,此类题型为常见题型,应熟练掌握.
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