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A、B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?
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解:
(1)设小球在A、B两点的速度大小分别为vA、vB ,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:A、B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
得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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