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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