题目内容

如图所示,ABDO是处于竖直平面内的固定光滑轨道,AB是半径为R=15m的
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圆周轨道,半径OA处于水平位置,BDO是半径为 r=7.5m的光滑的半圆形圆管轨道(圆管内径可忽略).一个小球P(小球直径比圆管内径略小)从A点的正上方距水平半径OA高H=10m处自由下落,g取10m/s2,空气阻力不计.求:
(1)达到BDO轨道的O点的速度大小.
(2)小球沿轨道运动后再次落到AB轨道上的速度大小.
分析:(1)在小球从P点到O点的过程中,只有重力做功,由机械能守恒定律可以求得到O点的速度;
(2)离开O点小球做平抛运动,由平抛运动的规律可以求得速度的大小.
解答:解:(1)设小球能到达O点,由P到O,机械能守恒,设到O点的速度为 vO,则
 mgH=
1
2
mV02 
所以V0=
2gH
=10
2
m/s 
(2)离开O点小球做平抛运动:
水平方向:x=v0t
竖直方向:y=
1
2
gt2

且有:x2+y2=R2
∴t=1s
∴再次落到轨道上时的速度V3=
V
2
0
+ (gt)2
=10
3
m/s
答:(1)达到BDO轨道的O点的速度大小是10
2
m/s.
(2)小球沿轨道运动后再次落到AB轨道上的速度大小是10
3
m/s.
点评:整个过程中物体的机械能守恒,离开O点小球做平抛运动,直到落到轨道上,知道物体的运动过程,根据物体的不同的运动状态,采用相应的物理规律求解即可.
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