题目内容
【题目】如图所示,水平桌面上有一轻弹簧,左端固定在A点,自然状态时其右端位于B点.水平桌面右侧某一位置有一竖直放置的、左上角有一开口的光滑圆弧轨道MNP,其半径为R=0.5m,
,MN为其竖直直径,P点到桌面的竖直距离是h=0.8m.如用质量m1=0.4kg的物块将弹簧缓慢压缩到C点,释放后物块恰停止在桌面边缘D点.现换用同种材料制成的质量为m2=0.2kg的物块将弹簧缓慢压缩到C点,释放后物块能飞离桌面并恰好由P点沿切线滑入光滑圆轨道MNP (g取10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6).
(1)求物体m2运动到M点时受到轨道的压力;
(2)求弹簧的弹性势能Ep;
(3)若圆弧轨道的位置以及
可任意调节,使从C点释放又从D点滑出的质量为m=km1物块都能由P点沿切线滑入圆弧轨道,并且还能通过最高点M,求k的取值范围.
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【答案】(1)1.6N;(2)1.8J;(3)
;
【解析】(1)设物块由D点以初速vD做平抛,落到P点时其竖直速度为![]()
因为
,计算得出vD=3m/s
若物块到达P点速度为vP,物块到达M点速度为vM,有![]()
P到M过程,机械能守恒
计算得出:vM=3m/s
轨道对物块的压力为FN,则FN+m2g= ![]()
计算得出FN=1.6N
(2)设弹簧长为AC时的弹性势能为EP,物块与桌面间的动摩擦因数为μ,
释放m1时,EP=μm1gSCD
释放m2时,EP-μm2gSCD=
联立计算得出:EP=
=1.8J
(3)设质量为km1的物块,到M点的最小速度为v,![]()
计算得出![]()
由机械能守恒定律,得到
能通过最高点
机械能守恒
计算得出
即![]()
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