问题 问答题

如图甲,ABC为竖直放置的半径为0.1m的半圆形轨道,在轨道的最低点和最高点A、C各安装了一个压力传感器,可测定小球在轨道内侧,通过这两点时对轨道的压力FA和FC.质量为0.1kg的小球,以不同的初速度v冲入ABC轨道.(g取10m/s2

(1)若FC和FA的关系图线如图乙所示,求:当FA=13N时小球滑经A点时的速度vA,以及小球由A滑至C的过程中损失的机械能;

(2)若轨道ABC光滑,小球均能通过C点.试推导FC随FA变化的关系式,并在图丙中画出其图线.

答案

(1)由牛顿第三定律可知,小球在A、C两点所受轨道的弹力大小NA=FA,NC=FC

在A点,由牛顿第二定律得:NA-mg=

m
v2A
R
…①

解得vA=2

3
m/s…②

在C点,由牛顿第二定律得:NC+mg=

m
v2C
R
…③

对A至C的过程,由动能定理得:Wf-mg•2R=

1
2
m
v2C
-
1
2
m
v2A
…④

①②③联立得Wf=

1
2
m
v2C
-
1
2
m
v2A
+2mgR=
1
2
(2mg-FA+FC)R+2mgR…⑤

解得Wf=-0.2J…⑥

故损失的机械能为0.2J

(2)因轨道光滑,小球由A至C的过程中机械能守恒,则有 

1
2
m
v2A
=
1
2
m
v2C
+mg•2R…⑦

联立①③⑥得NA-NC=6mg

即FC=FA-6N…⑧

图线如右图所示…⑨

答:(1)当FA=13N时小球滑经A点时的速度vA为2

3
m/s,小球由A滑至C的过程中损失的机械能是0.2J;

(2)FC随FA变化的关系式为FC=FA-6N,在图丙中画出其图线如图所示.

判断题
单项选择题