问题 问答题

如图所示,将一质量为m=0.1kg的小球自水平平台右端O点以初速度v0水平抛出,小球飞离平台后由A点沿切线落入竖直光滑圆轨道ABC,并沿轨道恰好通过最高点C,圆轨道ABC的形状为半径R=2.5m的圆截去了左上角l27°的圆弧,BC为其竖直直径,(sin53°=0.8  cos53°=0.6,重力加速度g取10m/s2)求:

(1)小球经过C点的速度大小;

(2)小球运动到轨道最低点B 时小球对轨道的压力大小;

(3)v0的数值.

答案

(1)恰好运动到C点,有重力提供向心力,即

mg=m

vC2
R

解得:vc=5m/s  

(2)从B点到C点,由机械能守恒定律有

1
2
mvc2+2mgR=
1
2
mvB2

在B点对小球进行受力分析,由牛顿第二定律有

FN-mg=m

vB2
R

解得:FN=6N

根据牛顿第三定律,小球对轨道的压力大小为6.0N

(3)从A到B由机械能守恒定律有

1
2
mvA2+mgR(1-cos53°)=
1
2
mvB2

解得:

vA=

105
m/s

在A点进行速度的分解有:v0=vAcos53°=

3
5
105
m/s

答:(1)小球经过C点的速度大小为5m/s;

(2)小球运动到轨道最低点B 时小球对轨道的压力大小为6N;

(3)v0的数值为

3
5
105
m/s.

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