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如图所示,半径分别为R和r的甲、乙两个光滑的圆形轨道置于同一竖直平面上(R>r)...

如图所示,半径分别为R和r的甲、乙两个光滑的圆形轨道置于同一竖直平面上(R>r),两圆形轨道之间用一条水平粗糙轨道CD连接,轨道CD与甲乙两个圆形轨道相切于C、D两点.现有一小球以一定的速度先滑上甲轨道,绕行一圈后通过轨道CD再滑上乙轨道,绕行一圈后离开乙轨道.已知小球在甲轨道最高点处对轨道的压力等于球的重力,在乙轨道运动时恰好能过最高点.小球与轨道CD间的动摩擦系数为μ,求
(1)小球过甲、乙轨道的最高点时的速度V1、V2 
(2)水平CD段的长度L.

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小球在甲轨道和乙轨道上做圆周运动,对小球运动到最高点进行受力分析. 知道小球在乙轨道运动时恰好能过最高点的临界条件. 运用牛顿第二定律列出合力提供向心力的表达式,求出最高点的速度. 再运用动能定理研究小球从甲轨道最高点运动到乙轨道最高点的过程,求解L. 【解析】 (1)设小球质量为m,当小球在甲轨道最高点时对轨道的压力等于球的重力, 由牛顿第二定律得: N+mg=m V1=  当小球在乙轨道最高点时恰好能过最高点,由牛顿第二定律得: mg=m        V2=      (2)小球从甲轨道最高点运动到乙轨道最高点的过程中, 由动能定理得: mg(2R-2r)-fL=mv22-mv12 滑动摩擦力f=μN=μmg ∴L= 答:(1)小球过甲、乙轨道的最高点时的速度分别是,. (2)水平CD段的长度L是.
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考点分析:
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(1)实验主要步骤如下:
①测量小车和拉力传感器的总质量M1,把细线的一端固定在拉力传感器上另一端通过定滑轮与钩码相连,正确连接所需电路
②将小车停在C点,然后释放小车,小车在细线拉动下运动,记录   
A.细线拉力及小车通过A、B时的速度
B.钩码的质量和小车的质量
C、钩码的质量及小车通过A、B时的速度
D、小车的质量和细线的长度
③在小车中增加砝码,或减少砝码,重复②的操作.
(2)表1是他们测得的一组数据,其中M是M1与小车中砝码质量m之和,|v22-v21|是两个速度传感器记录速度的平方差,可以据此计算出动能变化量△E,F是拉力传感器受到的拉力,W是F在A、B间所作的功.表格中△E3=    ,W3=    .(结果保留三位有效数字)
表1 数据记录表
次数M/kg|v22-v21|/(m/s)2△E/JF/NW/J
10.5000.7600.1900.4000.200
20.5001.650.4130.8400.420
30.5002.40△E31.220W3
41.0002.401.202.4201.21
51.0002.841.422.8601.43
(3)根据表1提供的数据,请在方格纸上作出△E-W图线.
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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