问题 计算题

(12分)如图所示,半径为的光滑圆形轨道竖直固定放置,质量为的小球在圆形轨道内侧做圆周运动.小球通过轨道最高点时恰好与轨道间没有相互作用力.已知当地的重力加速度大小为,不计空气阻力.

 

试求:

(1)小球通过轨道最高点时速度的大小;

(2)小球通过轨道最低点时角速度的大小;

(3)小球通过轨道最低点时受到轨道支持力的大小.

答案

(1)(2)(3)

(12分)解:(1)设小球通过轨道最高点时速度的大小为,根据题意和牛顿第二定律可知:(2分),解得(1分)

(2)设小球通过轨道最低点时速度的大小为,根据机械能守恒定律可知:(3分),设小球通过轨道最低点时角速度的大小为,根据(2分),联立解得(1分)

(3)设小球通过轨道最低点时受到轨道支持力的大小为,根据牛顿第二定律得:

(2分),联立解得(1分)

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