题目内容

如图所示,半径r=0.3m、质量M的光滑
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圆弧面放在光滑的水平长桌面上,桌面离地面高h=0.8m.将一质量为m小物体从圆弧最高处静止释放,为了防止圆弧面在桌面上的滑动,在圆弧面右侧固定了档板.若两物体的质量满足M=2m.求:
(1)小物体由静止释放后,小物体的水平射程x.
(2)小物体由静止释放后,落地时速度的大小.
(3)某次操作中忘记安装档板,发现小物体静止释放后,圆弧面开始向右运动,最后测得小物体的水平射程x0=0.8m,则小物体滑离后圆弧面在桌面上运动的最大速度vM.
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(1)设小物体到达圆弧底端速度v,则下滑的过程中由动能定理得mgr=
1
2
mv2
…①
小物体做平抛运动,有:
h=
1
2
gt2
…②
x=vt…③
由上述列式得x≈0.98m 
(2)由机械能守恒可知:mg(r+h)=
1
2
mv′2

由上述列式得v′=
2g(r+h)
=
2×10×(0.3+0.8)
=
22
m/s;
(3)小物体离开圆弧面后,圆弧面速度最大,设小物体离开桌面速度v1,圆弧面速度v2.
小物体做平抛运动,有:
h=
1
2
gt2

x0=v1t
小球下滑中和圆弧面整体用动能定理,有:mgr=
1
2
m
v21
+
1
2
M
v22

得v2=1 m/s
答:(1)小物体由静止释放后,小物体的水平射程x为0.98m;
(2)小物体由静止释放后,落地时速度的大小为
22
m/s;
(3)小物体滑离后圆弧面在桌面上运动的最大速度为1m/s.
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