题目内容
12.(1)滑板滑到M点时的速度多大?
(2)滑板滑到M点时,滑板对轨道的压力多大?
(3)改变滑板无初速下滑时距M点所在水平面的高度,用压力传感器测出滑板滑至N点时对轨道的压力大小F,求当F为零时滑板的下滑高度h1.
分析 (1)滑板从P到M的过程中,只有重力做功,机械能守恒,运用机械能守恒定律列式求解;
(2)在M点,滑板由重力和支持力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律和向心力公式列式求出支持力,再得到压力;
(3)当F为零时,在N点,由重力充当向心力,由牛顿第二定律求出N点的速度,再由运用机械能守恒定律求滑板的下滑高度h1.
解答 解:(1)以地面为参考平面,对滑板从P到M过程,由机械能守恒定律得:
mgh=$\frac{1}{2}m{v}_{M}^{2}$
解得:vM=$\sqrt{2gh}$=$\sqrt{2×10×1.8}$=6m/s
即滑板滑到M点时的速度为6m/s.
(2)滑板在M点时,由重力和支持力的合力提供向心力,由牛顿第二定律有
FN-mg=m$\frac{{v}_{M}^{2}}{{R}_{1}}$
解得 FN=mg+m$\frac{{v}_{M}^{2}}{{R}_{1}}$=46N
由牛顿第三定律知,滑板滑到M点时,滑板对轨道的压力 FN′=FN=46N
(3)在N点,当F为零时,由重力提供向心力,由牛顿第二定律得:
mg=m$\frac{{v}_{N}^{2}}{{R}_{2}}$
对从P到N过程,由机械能守恒定律,得:
mg(h1-R2)=$\frac{1}{2}$mvN2;
解得 h1=2.4m
答:
(1)滑板滑到M点时的速度是6m/s.
(2)滑板滑到M点时,滑板对轨道的压力是46N.
(3)当F为零时滑板的下滑高度h1是2.4m.
点评 本题的关键要明确圆周运动向心力的来源:指向圆心的合力.对于轨道光滑的情况,要想到机械能守恒定律.
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