题目内容

如图,ABDO是处于竖直平面内的光滑轨道,AB是半径为R=15m的1/4圆周轨道,半径OA处于水平位置,BDO是直径为15m的半圆轨道,D为BDO轨道的中央,一个小球P从A点的正上方距水平半径OA高H处自由落下,沿竖直平面内的轨道通过D点时对轨道的压力等于其重力的倍,取g=10m/s2.

1.H的大小等于多少?

2.试讨论此球能否到达BDO轨道的O点,并说明理由。

3.小球沿轨道运动后再次落到轨道上前瞬间的速度大小是多少?

 

 

【答案】

 

1.10m

2.小球可通过O点

3.17.3m/s

【解析】(1)设小球在D点的速度为:      (2分)

从P点到D点:                      (2分) 

由以上两式解得:                            (2分)

(2)设小球能够沿竖直半圆轨道运动到O点的最小速度为

                      (2分)

小球至少应从距OA高处落下,则:        (2分) 

联立以上两式解得:,由于,故小球可通过O点。(2分)

(3)小球由H高处落下,设通过O点的速度为

                  (2分)

解得:                  

小球通过O点后做平抛运动,设小球经时间t落到AB圆弧轨道上,以O为坐标原点,水平向左为x轴正方向

竖直向下为y轴正方向,建立平面直角坐标系,有:                               (1分)

                       (1分)

又 :                         (1分)

解得:  t=1S  (另解舍去)

小球落到轨道上时,速度的大小 (1分)

 

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