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如图所示,质量为m的小球自由下落高度为R后沿竖直平面内的轨道ABC运动.AB是半...

如图所示,质量为m的小球自由下落高度为R后沿竖直平面内的轨道ABC运动.AB是半径为R的1/4粗糙圆弧,BC是直径为R的光滑半圆弧,小球运动到C时对轨道的压力恰为零.B是轨道最低点.求:
(1)小球在AB弧上运动时,摩擦力对小球做的功.
(2)小球经B点前、后瞬间对轨道的压力之比.
(3)小球离开C点后竖直下落多少高度才能撞上圆轨道?

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(1)小球运动到C点时对轨道的压力恰为零,由重力提供小球的向心力.小球由静止释放到C点过程,重力和摩擦力做功,根据动能定理求解小球在AB弧上运动时,摩擦力对小球做的功. (2)根据动能定理求出经过B点时的速度大小,根据牛顿运动定律分别求出小球经B点前、后瞬间对轨道的压力大小,再求解压力之比. (3)小球离开C点后做平抛运动,合位移等于半径,根据平抛运动的分位移公式列式求解即可. 【解析】 (1)小球在C点:根据牛顿第二定律得 mg=m 小球由静止释放到C点过程,据动能定理得 mgR+Wf=mvC2 联立解得Wf=-mgR (2)小球由静止释放到B点过程,据动能定理得 2mgR+Wf=mvB2 在B点前瞬间据牛顿第二定律得 FN前-mg=m 在B点后瞬间据牛顿第二定律得 FN后-mg=m 由牛顿第三定律知,小球对轨道的压力大小等于轨道对小球的支持力大小. 联立解得 FN前:F N后=7:12 (3)小球离开C点后做平抛运动,合位移等于半径,根据平抛运动的分位移公式,有: x=vct R2=x2+y2 联列解得:≈0.618R 答:(1)小球在AB弧上运动时,摩擦力对小球做的功为-mgR. (2)小球经B点前、后瞬间对轨道的压力之比为7:12. (3)小球离开C点后竖直下落0.618R的高度才能撞上圆轨道.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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