题目内容
如图所示,一水平圆盘绕过圆心的竖直轴转动,圆盘边缘有一质量m=1.0 kg的小滑块.当圆盘转动的角速度达到某一数值时,滑块从圆盘边缘滑落,经光滑的过渡圆管进入轨道ABC.已知AB段斜面倾角为53°,BC段斜面倾角为37°,滑块与圆盘及斜面间的动摩擦因数均为μ=0.5,A点离B点所在水平面的高度h=1.2 m.滑块在运动过程中始终未脱离轨道,不计在过渡圆管处和B点的机械能损失,最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力,取g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8.
(1)若圆盘半径R=0.2 m,当圆盘的角速度多大时,滑块从圆盘上滑落?
(2)若取圆盘所在平面为零势能面,求滑块到达B点时的机械能.
(3)从滑块到达B点时起,经0.6 s正好通过C点,求BC之间的距离.
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答案 (1)5 rad/s (2)-4 J (3)0.76 m
解析 (1)滑块在圆盘上做圆周运动时,静摩擦力充当向心力,根据牛顿第二定律,可得:
μmg=mω2R——————————1分
代入数据解得:ω=
=5 rad/s——————————2分
(2)滑块在A点时的速度:vA=ωR=1 m/s——————————2分
从A到B的运动过程由动能定理得
mgh-μmgcos 53° ·
=
mvB2-
mvA2——————————1分
在B点时的机械能:EB=
mvB2-mgh=-4 J——————————2分
(3)滑块在B点时的速度:vB=4 m/s——————————1分
滑块沿BC段向上运动时的加速度大小:
a1=g(sin 37°+μcos 37°)=10 m/s2——————————1分
返回时的加速度大小
a2=g(sin 37°-μcos 37°)=2 m/s2——————————1分
BC间的距离:sBC=
=0.76 m——————————2分