题目内容
如图所示,光滑曲面AB与水平面BC平滑连接于B点,BC右端连接内壁光滑、半径为r的
细圆管CD,管口D端正下方直立一根劲度系数为k的轻弹簧,轻弹簧一端固定,另一端恰好与管口D端齐平。质量为m的小球在曲面上距BC的高度为2r处从静止开始下滑,小球与BC间的动摩擦因数μ=
,进入管口C端时与圆管恰好无作用力,通过CD后压缩弹簧,在压缩弹簧过程中速度最大时弹簧的弹性势能为EP。求
(1)小球达到B点时的速度大小vB;
(2)水平面BC的长度s;
(3)在压缩弹簧过程中小球的最大速度vm 。
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(1)由机械能守恒得mg2r=
mvB2(2分)
得vB=2
(1分)
(2)由mg=m
(2分)
得vC=
(1分)
由动能定理得mg2r-μmgs=
mvC2 (3分)
解得s=3r (2分)
(3)设在压缩弹簧过程中速度最大时小球离D端的距离为x,则有
kx=mg (2分)
得x=
(1分)
由功能关系得mg(r+x) -EP =
mvm2-
mvC2 (3分)
得 vm=
(2分)
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