题目内容

3.如图所示,半圆轨道竖直放置,半径R=0.4m,其底部与水   平轨道相接.一个质量为m=0.2kg的滑块放在水平轨道B处(轨道均光滑),给滑块一定的速度,使滑块向右运动,滑块恰好到达圆的最高点A沿水平方向飞出,恰好落到滑块起始运动的位置B点,则B与A相距多少?(g=10m/s2)

分析 由牛顿第二定律可以求出滑块到达A点的速度,滑块离开A后做平抛运动,应用平抛运动规律可以求出B与A间的距离.

解答 解:滑块恰好通过最高点A,重力提供向心力,
在A点,由牛顿第二定律得:mg=m$\frac{{v}^{2}}{R}$,
代入数据解得:v$\sqrt{0.4×10}$=2m/s,
离开A后滑块做平抛运动,
水平方向:x=vt,
竖直方向:2R=$\frac{1}{2}$gt2,
代入数据解得:x=0.8m
则B与A的距离s=$\sqrt{(2R)^{2}+{x}^{2}}=\frac{4}{5}\sqrt{2}m$
答:B与A相距$\frac{4}{5}\sqrt{2}m$.

点评 本题考查了牛顿第二定律以及平抛运动基本公式的应用,分析清楚滑块的运动过程,知道滑块恰好到达圆的最高点A时由重力提供向心力,难度适中.

练习册系列答案
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14.用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律.实验所用的电源为学生电源,输出电压为6V的交流电和直流电两种.重锤从高处由静止开始下落,重锤上拖着的纸带打出一系列的点,对图中纸带上的点痕进行测量,即可验证机械能守恒定律.
(1)下面列举了该实验的几个操作步骤:
A.按照图示的装置安装器件;
B.将打点计时器接到电源的“直流输出”上;
C.用天平测出重锤的质量;
D.先接通电源,后释放纸带,打出一条纸带;
E.测量纸带上某些点间的距离;
F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能.
其中没有必要进行的步骤是C,操作不当的步骤是B.
(2)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值.根据打出的纸带,选取纸带上的连续的五个点A、B、C、D、E,测出各点之间的距离如图2所示.使用电流的频率为f,则计算重锤下落的加速度的表达式a=$\frac{({s}_{3}+{s}_{4}-{s}_{1}-{s}_{2}){f}^{2}}{4}$.(用s1、s2、s3、s4及f表示)

(3)在验证机械能守恒定律的实验中发现,重锤减小的重力势能总是大于重锤增加的动能,其主要原因是重锤和纸带下落过程中存在阻力作用,可以通过该实验装置测阻力的大小.若已知当地重力加速度为g,还需要测量的物理量是重锤的质量m.试用这些物理量和纸带上的数据符号表示重锤和纸带在下落的过程中受到的平均阻力大小F=m[g-$\frac{({s}_{3}+{s}_{4}-{s}_{1}-{s}_{2}){f}^{2}}{4}$].

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