题目内容

如图所示,AB是足够长的倾角为θ倾斜直轨道,BCD是半径为R的光滑圆弧轨道,它们在B点相切.P点与圆弧的圆心O等高,D、E与O点在同一条竖直直径上.一个质量为m的物体(可以看作质点)从AB轨道上的某点由静止释放.
(1)若轨道AB光滑,为使物体能到达圆弧轨道的最高点D,释放点距B点的距离L至少应为多少;
(2)若轨道AB动摩擦因数为μ,物体从P点释放,则它在整个运动过程中在AB轨道上运动的总路程s为多少;
(3)最终当物体通过圆弧轨道最低点E时,对圆弧轨道的压力的大小.
(1)设物体刚好到D点,由牛顿第二定律求得则mg=
m
v2D
R

对全过程由动能定理得:mgLsinθ-mgR(1+cosθ)=
1
2
mv2D

得:L=
3+2cosθ
2sinθ
R
;
(2)因为摩擦力始终对物体做负功,所以物体最终在圆心角为2θ的圆弧上往复运动.
对整个过程由动能定理得:mgR?cosθ-μmgcosθ?s=0所以总路程为s=
R
μ

(3)从B到E的过程中由动能定理求得
mgR(1-cosθ)=
1
2
mv2E

在E点由牛顿第二定律
N-mg=
mv2E
R

由牛顿第三定律,物体对轨道的压力N′=N
得对轨道压力:N′=(3-2cosθ)mg
答:(1)若轨道AB光滑,为使物体能到达圆弧轨道的最高点D,释放点距B点的距离L至少应为
3+2cosθ
2sinθ
R
;
(2)若轨道AB动摩擦因数为μ,物体从P点释放,则它在整个运动过程中在AB轨道上运动的总路程s为
R
μ
;
(3)最终当物体通过圆弧轨道最低点E时,对圆弧轨道的压力的大小为(3-2cosθ)mg
练习册系列答案
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