题目内容

如图,半径R = 0.9m的四分之一圆弧形光滑轨道竖直放置,圆弧最低点B与长为L=1m的水平面相切于B点,BC离地面高h = 0.45m,C点与一倾角为θ = 30°的光滑斜面连接,质量m=1.0 kg的小滑块从圆弧顶点D由静止释放,已知滑块与水平面间的动摩擦因数µ=0.1,取g=10m/s2.求:

(1)小滑块刚到达圆弧的B点时对圆弧的压力;

(2)小滑块到达C点时速度的大小;

(3)小滑块从C点运动到地面所需的时间.

(1)设小滑块运动到B点的速度为VB ,由机械能守恒定律有:

  mgR=mVB2                                                                (2分)

 由牛顿第二定律   F-mg=m                       (2分)

    联立①②代入数据解得小滑块在B点对圆弧的压力大小F=3mg=30N(1分)

(2) 设小滑块运动到C点的速度为VC  ,由动能定理有

mgR-µmgL=mVC2                                                                ( 3分)

 解得小滑块在C点的速度VC= 4 m/s                           (2分)

 (3)小滑块平抛到地面的水平距离 S=VC t=VC =1.2m      (2分) 

  斜面底宽d=hcotθ=0.78m                                  (2分)

  因为S>d ,所以小滑块离开C点后不会落到斜面上.              (1分)

  因此,小滑块从C点运动到地面所需的时间即为小滑块平抛运动所用时间

=0.3S                                  (1分)

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