题目内容

下图是离心轨道演示仪结构示意图。光滑弧形轨道下端与半径为R的光滑圆轨道相接,整个轨道位于竖直平面内。质量为m的小球从弧形轨道上的A点由静止滑下,进入圆轨道后沿圆轨道运动,最后离开圆轨道。小球运动到圆轨道的最高点时,对轨道的压力恰好与它所受到的重力大小相等。重力加速度为g,不计空气阻力。求:

(1)小球运动到圆轨道的最高点时速度的大小;

(2)小球开始下滑的初始位置A点距水平面的竖直高度h。

(1)小球经过最高点时对轨道的压力N=mg,依据牛顿第三定律有轨道对小球的作用力N'=N=mg

设小球通过最高点的速度为v,依据牛顿第二定律有N'+mg=  

解得 v=      

(2)小球自A点下滑至圆轨道最高点的过程机械能守恒,依据机械能守恒定律有

mgh=mv2+2mgR  

解得 h=3R 

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