问题 问答题

如图所示,半径分别为R和r的甲、乙两个光滑的圆形轨道安置在同一竖直平面上,轨道之间有一条水平轨道CD相通,一质量为m小球以一定的速度先滑上甲轨道,通过动摩擦因数为μ的CD段,又滑上乙轨道,最后离开两圆轨道,若小球在两圆轨道的最高点对轨道的压力都恰好为零,试求:

(1)进入甲轨道最低点C对轨道的压力;

(2)CD段的长度.

答案

(1)在甲轨道最高点,

由牛顿第二定律得:mg=m

v21
R

从C点到最高点过程中,

由动能定理得:-2mgR=

1
2
mv12-
1
2
mvC2

在C点由牛顿第二定律得:FC-mg=m

v2C
R

解得:vC=

5gR
,FC=6mg,

由牛顿第三定律得,小球在C点对轨道的压力FC′=FC=6mg;

(2)小球在乙最高点,

由牛顿第二定律得:mg=m

v22
r

从D到最高点过程中,由动能定理得:

-2mgr=

1
2
mv22-
1
2
mvD2,解得:vD=
5gr

从C到D过程中,由动能定理得:

-μmgsCD=

1
2
mvD2-
1
2
mvC2

解得:sCD=

5(R-r)

答:(1)进入甲轨道最低点C对轨道的压力为6mg;

(2)CD段的长度为

5(R-r)

选择题
判断题