题目内容

如图所示,小滑块质量为m,与水平地面间的动摩擦因数为μ=0.1,它以v的初速度由A点开始向B点滑行,并滑上光滑的半径为R的圆弧BC,AB=5R,在C点正上方有一离C点高度也为R的旋转平台,沿平台直径方向开有两个离轴心距离相等的小孔P、Q,旋转时两孔均能达到C点的正上方.若小滑块滑过C点后通过P孔,又恰能从Q孔落下,求:

(1)滑块通过P孔的速度是多少?
(2)平台转动的角速度ω应满足什么条件?
(3)若BC段有摩擦,但滑块仍能从P孔穿出,为保证滑块从Q孔落下,应如何调整转速?请说明理由.
【答案】分析:(1)对AP过程中,重力和滑动摩擦力做功,由动能定理可求得滑块通过P点的速度;
(2)滑块穿过P孔后做竖直上抛运动,滑块最竖直上抛运动的时间是圆周运动的半周期的奇数倍,据此求出转盘的角速度.
(3)由于BC段有摩擦,经过P点速度变小,空中运动时间变短,为了仍从Q点落下,由于ω多解,可将转速加大或缩小. 若vP满足一定条件,由于转速具有多解,可能转速不变
滑块仍能从Q点落下.
解答:解:(1)设滑块至P点时速度为vB,对滑块由A点到P点,应用动能定理有
-μmg?5R-2mgR=-
将,μ=0.1解得,vP=2
(2)滑块穿过P孔后再回到平台的时间为
   t==4
要使小滑块滑过C点后通过P孔,又恰能从Q孔落下,需满足
ωt=(2n+1)π
解得ω=  (n=0,1,2…)                                  
(3)由于BC段有摩擦,所以经过P点速度变小,空中运动时间变短,为了仍从Q点落下,由于ω多解,可将转速加大或缩小.                                      
若vP满足一定条件,由于转速具有多解,可能转速不变,滑块仍能从Q点落下.
答:(1)滑块通过P孔的速度是2;
(2)平台转动的角速度ω应满足ω= (n=0,1,2…);
(3)若BC段有摩擦,但滑块仍能从P孔穿出,为保证滑块从Q孔落下,可将转速加大或缩小.若vP满足一定条件,由于转速具有多解,可能转速不变,滑块仍能从Q点落下.
点评:本题考查机械能守恒定律及动能定理的应用,在解题时要注意灵活选择运动过程,对不同的过程应用合适的物理规律;同时注意最后一问中的多解性
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