题目内容

如图是为了检验某种防护罩承受冲击力的装置,M是半径为R=1.0m的固定于竖直平面内的光滑圆弧轨道,轨道上端切线水平。N为待检验的固定曲面,该曲面在竖直面内的截面为半径圆弧,圆弧下端切线水平且圆心恰好位于M轨道的上端点。M的下端相切处放置竖直向上的弹簧枪,可发射速度不同的质量m=0.01kg的小钢珠,假设某次发射的钢珠沿轨道恰好能经过M的上端点,水平飞出后落到曲面N的某一点上,取g=10m/s2。求:

   (1)发射该钢球前,弹簧的弹性势能EP多大?

   (2)钢珠从M圆弧轨道最高点飞出至落到圆弧N上所用的时间是多少(结果保留两位有效数字)?

(1) 1.5×10-1J (2) 0.24s


解析:

(1)设钢球的轨道M最高点的速度为v,在M的最低端速度为v0,则在最高点,由

       题意得  ①(2分)

       从最低点到最高点,由机械能守恒定律得:  ②(3分)

       由①②得:     ③   (1分)

       设弹簧的弹性势能为,由机械能守恒定律得:

       =1.5×10-1J  ④  (2分)

   (2)钢珠从最高点飞出后,做平抛运动   ⑤  (1分)

         ⑥  (2分)

       由几何关系  ⑦  (3分)

       联立⑤、⑥、⑦得t=0.24s      (2分)

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