题目内容

如图甲所示,在同一竖直平面内的两正对的相同半圆光滑轨道相隔一定的距离,虚线沿竖直方向,一小球能在其间运动,今在最高点与最低点各放一个压力传感器,测试小球对轨道的压力,并通过计算机显示出来,当两个半圆形轨道间距离x变化时,测得两点压力差与距离x的图像如图乙所示,取g=10m/s2,不计空气阻力,求:

(1)小球的质量为多少?

(2)若小球在最低点B的速度为20m/s,为使小球能沿轨道逆时针运动起来,x的最大值为多少?

 

【答案】

(1)  (2)

【解析】

 试题分析:(1)设轨道半径为R,取最低点为零势能面,由机械能守恒定律:

            (1)           

对B点:      (2)               

对A点:      (3)                

由(1)(2)(3)式得:两点的压力差: (4)

由图象的截距得   ,得     (5)     

(2)因为图线的斜率   所以      (6)       1分

在A点不脱离的条件为:        (7)       1分

由(1)、(6)、(7)式得:         (8)      1分

考点:本题考查机械能守恒定律,向心力公式,物理图像的分析

点评:本题学生明确小球在做竖直方向的圆周运动,会分析其在最高点和最低点的向心力,清楚小球能做完整的圆周运动所满足的速度条件。

 

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