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如图所示 水平轨道AB与位于竖直面内半径为R的半圆形光滑轨道BCD相连 半圆形轨道的BD

时间:2020-10-01 18:35:13

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如图所示 水平轨道AB与位于竖直面内半径为R的半圆形光滑轨道BCD相连 半圆形轨道的BD

问题补充:

如图所示,水平轨道AB与位于竖直面内半径为R的半圆形光滑轨道BCD相连,半圆形轨道的BD连线与AB垂直.质量为m可看作质点的小滑块在恒定外力作用下从水平轨道上的A点由静止开始向左运动,到达水平轨道的末端B点时撤去外力,小滑块继续沿半圆形轨道运动,且恰好能通过轨道最高点D,滑块脱离半圆形轨道后又刚好落到A点.已知重力加速度为g,求:

(1)滑块通过D点的速度大小.

(2)滑块经过B点进入圆形轨道时对轨道压力的大小.

(3)滑块在AB段运动过程中的加速度大小.

答案:

解:(1)设滑块恰好通过最高点D的速度为vD,根据牛顿第二定律有

mg=

解得:

(2)滑块自B点到D点的过程机械能守恒,设滑块在B点的速度为vB,则有:

=

解得:=5gR

设滑块经过B点进入圆形轨道时所受的支持力为NB,根据牛顿第二定律有

???

??解得:NB=6mg

由牛顿第三定律可知,滑块经过B点时对轨道的压力大小NB′=6mg

(3)对于滑块自D点平抛到A点,设其时间为t,则有:

2R=gt2

sAB=vDt

解得:sAB=2R

设滑块由A点到B点的过程中加速度为a,则有??

解得:a=答:(1)滑块通过D点的速度为

(2)滑块经过B点进入圆形轨道时对轨道压力的大小为6mg

(3)滑块在AB段运动过程中的加速度大小

解析分析:(1)小滑块继续沿半圆形轨道运动,且恰好能通过轨道最高点D,可知此时重力提供向心力,由牛顿第二定律列方程求解滑块通过D点的速度

(2)从B到D应用机械能守恒定律,结合第一问的结果可得B点的速度,在此位置应用牛顿第二定律列方程可得轨道对物体的弹力,应用牛顿第三定律得到物体对轨道的压力

(3)物体从D点后改做平抛运动,由平抛规律可得AB间的水平距离,应用匀变速运动规律可得滑块在AB段运动过程中的加速度大小

点评:①物体恰好通过D点是本题的突破口,这一点要注意把握;

②题目要求滑块经过B点进入圆形轨道时对轨道的压力大小而根据物体在B点的运动情况所求的是轨道对物体的支持力,故运动别忘记“由牛顿第三定律求解滑块在B点对轨道的压力

如图所示 水平轨道AB与位于竖直面内半径为R的半圆形光滑轨道BCD相连 半圆形轨道的BD连线与AB垂直.质量为m可看作质点的小滑块在恒定外力作用下从水平轨道上的A点由

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