题目内容

如图所示,一内壁光滑的细管弯成半径R=0.4m的半圆形轨道CD,竖直放置,其轨道内径略大于小球直径,水平轨道与竖直半圆轨道在C点连接完好。置于水平轨道上的弹簧左端与竖直墙壁相连,B处为弹簧的自然状态。用力推一质量为m=0.8kg的小球压缩弹簧到A处,然后将小球由静止释放,小球运动到C处后对轨道的压力F1=58N,水平轨道以B为边界,左侧AB段长为x=0.3m,与小球的动摩擦因素为μ=0.5,右侧BC段光滑。求(g=10m/s2
(1) 小球进入半圆轨道C点时的速度
(2)弹簧在压缩至A点时所储存的弹性势能。
(3)小球运动到轨道最高处D点时对轨道的压力。

(1)设小球在C处的速度为v1,由牛顿第二定律有
F1-mg=mv12/R.......................................................................   .......... 2分
V1="5m/s……………………………………………………   " ………1分.
(2)设弹簧在压缩至A点时所储存的弹性势能Ep。
从A到B由动能定理有
Ep-μmgx=mv12/2………………………………………………….. 2分
Ep="11.2j          " ………………………………………… …. 1分
(3)小球从C点到D点的过程由机械能守恒
D点速度V2
mv12/2=mv22/2+2mgR……………………………………………..2分
v2="3m/s……………………………………………………………." 1分
由于v2>√gR=2m/s
所以小球在D点对轨道外壁有压力......................... 1分
设小球在D点受轨道的作用力为F2
F2+mg=mv22/R                 ……………………………………2分
F2="10N                      " …………………………………. 1分
由牛顿第三定律,球对轨道压力为10牛顿,方向竖直向上。1分

解析

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