问题 计算题

如图所示,将一质量m=0.1kg的小球自水平平台顶端O点水平抛出,小球恰好与斜面无碰撞的落到平台右侧一倾角为=53°的光滑斜面顶端A并沿斜面下滑,斜面底端B与光滑水平轨道平滑连接,小球以不变的速率过B点后进入BC部分,再进入竖直圆轨道内侧运动.已知斜面顶端与平台的高度差h=3.2m,斜面顶端高H=15m,竖直圆轨道半径R=5m. g取10m/s2.试求:

小题1:小球水平抛出的初速度及斜面顶端与平台边缘的水平距离x;

小题2:小球离开平台后到达斜面底端的速度大小;

小题3:若竖直圆轨道光滑,求小球运动到圆轨道最高点D时对轨道的压力.

小题4:若竖直圆轨道粗糙,小球运动到轨道最高点与轨道恰无作用力,求小球从圆轨道最低点运动到最高点的过程中克服摩擦力所做的功。

答案

小题1:v0="6m/s "      x="4.8m "     vA=10m/s

小题2:vB=20m/s

小题3:N=3N

小题4:7.5J

(1)研究小球作平抛运动,小球落至A点时,由平抛运动速度分解图可得:

v0= vycotα                              

vA=                              

vy2="2gh            "                     

h=                               

x= v0t                                  

由上式解得:v0="6m/s "      x="4.8m "     vA="10m/s"          (4分)

(2)由动能定理可得小球到达斜面底端时的速度vB

mgH=            vB="20m/s         " (2分)

(3)竖直圆轨道光滑,研究小球从C点到D点,设小球到达D点时的速度为vD

由动能定理可得   —2mgR=            (2分)

在D点由牛顿第二定律可得:    N+mg=          (1分)

由上面两式可得:N="3N             " (1分)

由牛顿第三定律可得:小球在D点对轨道的压力N’=3N,方向竖直向上.(1分)

(4)若竖直圆轨道粗糙,小球在最高点与环作用力恰为0时,速度为vD

                        (2分)

从最低点最高点:         (2分)

Wf=-7.5J   克服摩擦力所做的功7.5J                  (1分)

单项选择题
单项选择题