题目内容

11.如图所示,一轻质弹簧左端固定,其自由端在O点,O点左侧水平面光滑,右侧OB段粗糙,水平面OB与竖直半圆光滑轨道CD在B点无摩擦连接(C点略高于B点),轨道末端D点切线水平,且紧贴水平转盘边缘上方.现用力将质量m=2kg的小物块向左压缩弹簧(物块与弹簧不相连),使弹簧储存一定能量E0,撤去外力,小物块向右运动,在B点恰好能沿圆轨道CD运动,再由D点水平滑上转盘,若小物块滑上转盘就立即无相对滑动地随转盘转动,已知物块与OB段的动摩擦因数μ=0.4,OB长L=$\frac{11}{8}$m,竖直圆轨道半径r=0.5m,转盘半径R=4m.g=10m/s2,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,求:
(1)弹簧所储存的弹性势能E0;
(2)转盘转动的角速度ω;
(3)物块与转盘间的动摩擦因数应满足的条件.

分析 (1)物块在B点恰好能沿圆轨道CD运动,在B点,由重力提供向心力,由牛顿第二定律求出B点的速度,物块从O点离开弹簧过程,弹簧储存的弹性势能转化为物块的动能,由动能定理求弹性势能E0;
(2)物块从C到D,由动能定理求出物块到D点的速度,由v=rω求角速度.
(3)物块随转盘转动时由静摩擦力充当向心力,由牛顿第二定律分析动摩擦因数应满足的条件.

解答 解:(1)因物块恰好能沿圆轨道CD运动,所以在B点有:
   mg=m$\frac{{v}_{B}^{2}}{r}$
物块从O点离开弹簧,弹簧储存的弹性势能转化为物块的动能,物块从O到B,由动能定理知 
-μmgL=$\frac{1}{2}m{v}_{B}^{2}-{E}_{0}$
联立解得 E0=16J
(2)物块从C到D,由动能定理得
  2mgr=$\frac{1}{2}m{v}_{D}^{2}-\frac{1}{2}m{v}_{B}^{2}$
解得 vD=$\sqrt{5gr}$=5m/s
由题意知转盘边缘的线速度大小即为物块在D点的速度大小,由vD=ωR得
转盘转动的角速度ω=1.25rad/s
(3)物块在转盘上受重力、支持力和静摩擦力,且由摩擦力提供向心力,即 f=mω2R≤μ′mg
解得 μ′≥0.625
答:
(1)弹簧所储存的弹性势能E0是16J.
(2)转盘转动的角速度ω是1.25rad/s.
(3)物块与转盘间的动摩擦因数应满足的条件是μ′≥0.625.

点评 本题关键要分析清楚物块的运动过程,应用牛顿第二定律、机械能守恒定律、能量守恒定律和圆周运动的规律,即可正确解题.

练习册系列答案
相关题目

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网