题目内容

如图甲所示,在同一竖直平面内有两正对着的相同半圆光滑轨道,它们相隔一定的距离,虚线沿竖直方向,一小球能在其间运动。今在最高点A与最低点B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。当两半圆轨道间距变化时,测得AB两点压力差ΔFN与距离x的图象如图乙所示,g取10m/s2,不计空气阻力,求:

 (1)小球的质量m是多少?

(2)半圆轨道的半径R是多少?

 (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的取值范围为多少?

解:

(1)设小球在AB两点的速度大小分别为vAvB ,由机械能守恒定律得

     (2分)

  在B点:    (2分)

  在A点:    (2分)

  由以上三式得:AB两点的压力差为     (2分)

  由图象可得:6mg = 6 则 m = 0.1kg             (2分)

  (2)因为图线的斜率R =2m       (2分)

 (3)在A点不脱离轨道的条件为      (2分)

  由  得:x ≤15 m   (3分)

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