题目内容

【题目】如图,位于竖直水平面内的光滑轨道由四分之一圆弧ab和抛物线bc组成,圆弧半径Oa水平,b点为抛物线顶点。已知h=2m,,s=。取重力加速度大小。

(1)一小环套在轨道上从a点由静止滑下,当其在bc段轨道运动时,与轨道之间无相互作用力,求圆弧轨道的半径;

(2)若环从b点由静止因微小扰动而开始滑下,求环到达c点时速度的水平分量的大小。

【答案】(1)(2)

【解析】

(1)一小环套在bc段轨道运动时,与轨道之间无相互作用力,则说明下落到b点时的速度,使得小环套做平抛运动的轨迹与轨道bc重合,故有①

②

从ab滑落过程中,根据动能定理可得③

联立三式可得④

(2)环由b处静止下滑过程中机械能守恒,设环下滑至c点的速度大小为v,有

⑤

环在c点的速度水平分量为⑥

式中,为环在c点速度的方向与水平方向的夹角,由题意可知,环在c点的速度方向和以初速度做平抛运动的物体在c点速度方向相同,而做平抛运动的物体末速度的水平分量为,竖直分量为

⑦

因此⑧

联立可得⑨

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