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如图所示,两个半径均为R的四分之一圆弧构成的光滑细管道ABC竖直放置,且固定在光...

如图所示,两个半径均为R的四分之一圆弧构成的光滑细管道ABC竖直放置,且固定在光滑水平向上,圆心连线水平,轻弹簧左端定在竖直板上,右端与质量为m的小球接触(不拴接,小球的直略小于管的内径),宽和高与为R的本盒子固定于水平面上,盒子左侧DG到管道右端C的水平离为R,开始时弹簧处手锁定状态,具有的弹性势能为,其中g为重力加速度.解除锁定、小球离开弹簧进入管道、最后从C点抛出.(轨道ABC与木盒截面EFGD在同一竖直面内)

1)求小球经C点时的动能

2)求小球经C点时对轨道的压力;

3)小球从C点抛出后能直接击中盒子底部时,讨论弹簧定时弹性势能满足什么条件?

 

(1)(2)(3) 【解析】 (1)小球释放到C的过程,对其应用动能定理可得: 解得小球经C点时的动能:; (2)由(1)可知C点小球的速度: C点:取向下为正,由牛顿第二定律可得: 解得: 方向向下 由牛顿第三定律可知C点小球对轨道的压力大小也为,方向垂直轨道向上; (3)小球恰从G点射入盒子中可直接击中底部,由平抛运动规律可得: 竖直方向: 水平方向: 联立解得: 小球释放到C的过程: 得: 小球直接击中E点时,弹性势能取符合条件的最大值,由平抛运动规律可得: 竖直方向: 水平方向: 联立解得: 小球释放到C的过程: 得: 综上符合条件的弹性势能应满足:。  
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如图所示,某同学设计一个游戏装置,用弹簧制作的弹射系统将小球从管口P弹出,右侧水平距离为L,竖直高度为H=0.5m处固定一半圆形管道,管道所在平面竖直,半径R=0.75m,内壁光滑。通过调节立柱Q可以改变弹射装置的位置及倾角,若弹出的小球从最低点M沿切线方向进入管道,从最高点N离开后能落回管口P,则游戏成功。小球质量为0.2kg,半径略小于管道内径,可视为质点,不计空气阻力,g10m/s2。该同学某次游戏取得成功,试求:

(1)水平距离L

(2)小球在N处对管道的作用力;

(3)弹簧储存的弹性势能。

 

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如图所示,AB是一段位于竖直不面内的光滑轨道,高度为h,末端B处的切线方向水平.一个质量为m的小物体P从轨道顶端A处由静止释放,滑到B端后飞出,落到地面上的C点,轨迹如图中虚线BC所示.已知它落地时相对于B点的水不位移OC = .现在轨道下方紧贴B点安装一水不木板,木板的右端与B的距离为,让P再次从A点由静止释放,它离开轨道并在木板上滑行后从右端水不飞出,仍然落在地面的C点.求:(不计空气阻力)

1P滑至B点时的速度大小.

2P与木板之间的动摩擦因数

 

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如图所示为轮滑比赛的一段模拟赛道.一个小物块从A点以一定的初速度水平抛出,刚好无碰撞地从C点进入光滑的圆弧赛道,圆弧赛道所对的圆心角为60°,圆弧半径为R,圆弧赛道的最低点与水平赛道DE平滑连接,DE长为R,物块经圆弧赛道进入水平赛道,然后在E点无碰撞地滑上左侧的斜坡,斜坡的倾角为37°,斜坡也是光滑的,物块恰好能滑到斜坡的最高点FFOA三点在同一高度,重力加速度大小为g,不计空气阻力,不计物块的大小.求:

(1)物块的初速度v0大小及物块与水平赛道间的动摩擦因数;

(2)试判断物块向右返回时,能不能滑到C点,如果能,试分析物块从C点抛出后,会不会直接撞在竖直墙AB上;如果不能,试分析物块最终停在什么位置?

 

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央视节目《加油向未来》中主持人邓楚涵将一个蒸笼环握在手中,并在蒸笼环底部放置一个装有水的杯子,抡起手臂让蒸笼环连同水杯在竖直平面内做圆周运动,水却没有洒出来。如图所示,已知蒸笼环的直径为20cm,人手臂的长度为60cm,杯子和水的质量均为m=0.2kg。转动时可认为手臂伸直且圆心在人的肩膀处,不考虑水杯的大小,g10m/s2

(1)若要保证在最高点水不洒出,求水杯通过最高点的最小速率v0

(2)若在最高点水刚好不洒出,在最低点时水对杯底的压力为16N,求蒸笼环从最高点运动到最低点的过程中,蒸笼环对杯子和水所做的功W

 

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如图所示,半径R=0.4m的部分光滑圆轨道与水平面相切于B点,且固定于竖直平面内。在水平面上距Bs=5m处的A点放一质量m=3kg的小物块,小物块与水平面间动摩擦因数为μ=0.5。小物块在与水平面夹角θ=37°斜向上的拉力F的作用下由静止向B点运动,运动到B点时撤去F,小物块沿圆轨道上滑,且能到圆轨道最高点C。圆弧的圆心为OP为圆弧上的一点,且OP与水平方向的夹角也为θ(g10m/s2sin37°=0.6cos37°=0.8):

(1)小物块在B点的最小速度vB大小;

(2)(1)情况下小物块在P点时对轨道的压力大小;

(3)为使小物块能沿水平面运动并通过圆轨道C点,则拉力F的大小范围.

 

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