题目内容

如图所示,半径分别为R,r(R>r)的甲、乙两圆形轨道安置在同一竖直平面内,两轨道之间由一条水平轨道CD相连,如小球从斜面较高处滑下,可以滑过甲轨道,经过CD段滑到乙轨道.小球与CD段间的动摩擦因数为μ,其余各段均光滑,现有一小球从高为3R的斜面上A点由静止释放,为避免出现小球脱离圆形轨道的现象,试设计CD段可取的长度.

答案:
解析:

  要求小球不脱离圆形轨道,可分以下两种情形讨论

  (1)小球能通过乙轨道的最高点:则有

          mg+FN=m·,①

对小球运动的全过程由能量守恒有:

         mg·3R=mv2+mg·2r+μmg,②

又知FN≥0.由上式解得

         

此后小球一直在乙轨道做圆周运动.

  (2)小球达乙轨道某点时速度为0,某高度为h,满足h<r由能量守恒有

         mg3R=mgh+μmg

解得:

        

此后小球在乙轨道内做往复运动.


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