题目内容
如图甲所示,在同一竖直平面内有两个正对着的相同半圆光滑轨道,相隔一定的距离,虚线沿竖直方向.一个质量为m的小球能在其间运动,今在最高点与最低点各放一个压力传感器,测试小球对轨道的压力,并通过计算机显示出来,当轨道距离变化时,测得两点压力差△FN与距离x关系图象如图乙所示,g取10m/s2,轨道半径为R,不计空气阻力.求:
(1)小球在最高点与最低点对轨道压力差△FN与距离x的关系式(用题中所给字母表示).
(2)根据图象提供的信息,确定小球的质量为多少?
(3)若小球在最低点B的速度为20m/s,为使小球能沿轨道运动,x的最大值为多少?
(1)小球在最高点与最低点对轨道压力差△FN与距离x的关系式(用题中所给字母表示).
(2)根据图象提供的信息,确定小球的质量为多少?
(3)若小球在最低点B的速度为20m/s,为使小球能沿轨道运动,x的最大值为多少?
(1)小球由最高点到最低点,由机械能守恒定律得
m
=mg(2R+x)+
m
小球在B点时,由牛顿第二定律得 FN1-mg=m
小球在A点时,由牛顿第二定律得 FN2+mg=m
化简解得两点的压力差为 △FN=FN1-FN2=6mg+
(2)由图象得截距 6mg=6N
解得m=0.1 kg
(3)因为图线的斜率 k=
=1
所以 R=2 m
小球在A点不脱离轨道的条件为 vA≥
化简解得x的最大值为 xm=15 m
答:(1)小球在最高点与最低点对轨道压力差△FN与距离x的关系式为△FN=FN1-FN2=6mg+
;
(2)根据图象提供的信息,确定小球的质量为0.1kg;
(3)若小球在最低点B的速度为20m/s,为使小球能沿轨道运动,x的最大值为15m.
| 1 |
| 2 |
| v | 2B |
| 1 |
| 2 |
| v | 2A |
小球在B点时,由牛顿第二定律得 FN1-mg=m
| ||
| R |
小球在A点时,由牛顿第二定律得 FN2+mg=m
| ||
| R |
化简解得两点的压力差为 △FN=FN1-FN2=6mg+
| 2mgx |
| R |
(2)由图象得截距 6mg=6N
解得m=0.1 kg
(3)因为图线的斜率 k=
| 2mg |
| R |
所以 R=2 m
小球在A点不脱离轨道的条件为 vA≥
| Rg |
化简解得x的最大值为 xm=15 m
答:(1)小球在最高点与最低点对轨道压力差△FN与距离x的关系式为△FN=FN1-FN2=6mg+
| 2mgx |
| R |
(2)根据图象提供的信息,确定小球的质量为0.1kg;
(3)若小球在最低点B的速度为20m/s,为使小球能沿轨道运动,x的最大值为15m.
练习册系列答案
相关题目