题目内容
如图所示,竖直平面内的 3/4 圆弧形光滑轨道半径为 R,A 端与圆心 O 等高,AD 为水平面,B 点为光滑轨道的最高点且在O 的正上方,一个小球在 A 点正上方某处由静止释放,自由下落至 A 点进入圆轨道并知通过 B 点时受到轨道的弹力为mg(从A点进入圆轨道时无机械能损失),最后落到水平面 C 点处.求:
(1)释放点距 A 点的竖直高度 h和落点 C 到 A 点的水平距离X
(2)如果将小球由h=R处静止释放,请问小球能否通过最高点B点,如果不能通过,请求出脱离圆轨道的位置E与O的连线与竖直方向夹角的正弦值.
(1)释放点距 A 点的竖直高度 h和落点 C 到 A 点的水平距离X
(2)如果将小球由h=R处静止释放,请问小球能否通过最高点B点,如果不能通过,请求出脱离圆轨道的位置E与O的连线与竖直方向夹角的正弦值.
(1)小球通过最高点B时,由牛顿第二定律,有:
mg+
=
,又
=mg,解得
=
设释放点到A点高度为h,小球从释放到运动至B点的过程中,
根据动能定理,有:mg(h-R)=
m
联立①②解得 h=2R,
由平抛规律R=
,X=
t,联立解得x=2R,所以C点距A点距离△x=2R-R=R
即释放点距A点的竖直高度h为2R,落点C到A点的水平距离为R.
(2)小球到达B点时最小速度为v,有mg=
,
若能到达最高点应满足mgR=
+mgR,显然不可能成立,即不能到最高点.
设到最高点E的速度为
,E与O的连线与竖直方向夹角θ,由动能定理有mgR(1-cosθ)=
①,
在E点脱离轨道时有mgcosθ=
②
联立①②解得cosθ=
,所以sinθ=
=
即小球不能通过最高点E,小球脱离圆轨道的位置E与O的连线与竖直方向夹角的正弦值
.
mg+
| F | N |
| ||
| R |
| F | N |
| v | B |
| 2gR |
设释放点到A点高度为h,小球从释放到运动至B点的过程中,
根据动能定理,有:mg(h-R)=
| 1 |
| 2 |
| v | 2B |
联立①②解得 h=2R,
由平抛规律R=
| 1 |
| 2 |
| gt | 2 |
| v | B |
即释放点距A点的竖直高度h为2R,落点C到A点的水平距离为R.
(2)小球到达B点时最小速度为v,有mg=
| ||
| R |
若能到达最高点应满足mgR=
| 1 |
| 2 |
| mv | 2 |
设到最高点E的速度为
| v | E |
| 1 |
| 2 |
| mv | 2E |
在E点脱离轨道时有mgcosθ=
| ||
| R |
联立①②解得cosθ=
| 2 |
| 3 |
1-(cosθ
|
| ||
| 3 |
即小球不能通过最高点E,小球脱离圆轨道的位置E与O的连线与竖直方向夹角的正弦值
| ||
| 3 |
练习册系列答案
相关题目
| A、小环从A点运动到B点的过程中,弹簧的弹性势能先减小后增大 | ||
| B、小环从A点运动到B点的过程中,小环的电势能一直增大 | ||
C、电场强度的大小E=
| ||
D、小环在A点时受到大环对它的弹力大小F=mg+
|