问题 计算题

(13分)如图所示,AB为1/4光滑圆弧轨道,圆弧轨道的半径为R=3m,A点为1/4圆弧轨道的顶端,A点与圆心O在同一水平面上。BC为粗糙水平轨道,滑块与BC轨道的动摩擦因数为µ=0.5,BC长L=2m。CD是倾角为θ=光滑斜轨道。一质量为m=3kg小滑块从A点以v0=2m/s的初速度沿AB圆弧滑下,(斜轨道与水平轨道交接处有一段很小的圆弧,滑块经过交接处时与轨道的碰撞所引起的能量损失可以不计,取10m/s2)求:(1)滑块第1次经过光滑圆弧最低点B点时,轨道对滑块的支持力N的大小.

(2)滑块沿光滑斜轨道CD能上升的最大高度.

(3)滑块最后停止的位置到B点的距离。

答案

(1)  (2)(3)1.6m.

(1)根据动能定理有......(1) 2分

经过B点时,小球做圆周运动,有................(2) 1分

其中,R=3m,由(1)(2)式得...........(3) 1分

(2)以A点运动到斜面最高点为全过程,根据动能定理有

................................(5) 2分

     .............................................(6) 1分

代入数据,由(5)(6)式可得,......................(7) 1分

(3)滑块最终只能停止在水平轨道上,从开始到停止的全过程,根据动能定理有

.....................................(8) 2分

根据(2)小题中的相关数据,可求得................(9) 1分

,表示滑块在水平轨道上通过的路程为6.4m,由于BC长为2 m,所以最终滑块停止的位置到距离B点的距离为1.6m....................(10) 2分

本题考查动能定理和圆周运动,由A到B的运动过程中,由动能定理可求得B点速度,再由B点合力提供向心力列式求解,以全过程为研究对象,重力做功只与初末位置的高度差有关,摩擦力做功与路程有关,由此根据动能定理烈士求解

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