题目内容
如图所示,水平轨道AB与位于竖直平面内半径为R的半圆形光滑轨道BCD相连,半圆形轨道的BD连线与AB垂直。质量为m的小滑块(可视为质点)在恒定外力作用下从水平轨道上的A点由静止开始向左运动,到达水平轨道的末端B点时撤去外力,小滑块继续沿半圆形光滑轨道运动,且恰好通过轨道最高点D,滑块脱离半圆形轨道后又刚好落到A点。已知重力加速度为g。求:(1)滑块通过D点的速度大小;
(2)滑块经过B点进入圆形轨道时对轨道的压力大小;
(3)滑块在AB段运动过程中的加速度大小。
解: (1)设滑块恰好通过最高点D的速度为vD,根据牛顿第二定律有mg=mvD2/R 解得:vD=
(2)滑块自B点到D点的过程机械能守恒,设滑块在B点的速度为vB,则有
mvB2=
mvD2+mg2R,解得:vB2=5gR 设滑块经过B点进入圆形轨道时所受的支持力为NB,根据牛顿第二定律有NB-mg=mvB2/R 解得 NB=6mg 由牛顿第三定律可知,滑块经过B点时对轨道的压力大小NB′=6mg (3)对于滑块自D点平抛到A点,设其运动时间为t,则有 2R=
gt2,sAB=vDt。可解得sAB=2R 设滑块由A点到B点的过程中加速度为a,则有 vB2=2asAB 解得:a=5g/4
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