如圖所示,半徑為R的光滑圓弧軌道固定在豎直平面內,軌道的一個端點B和圓心O的連線與水平方向間的夾角θ=30°,...
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問題詳情:
如圖所示,半徑為R的光滑圓弧軌道固定在豎直平面內,軌道的一個端點B和圓心O的連線與水平方向間的夾角θ=30°,另一端點C為圓弧軌道的最低點,過C點的軌道切線水平.C點右側的光滑水平面上緊挨C點放置一質量為2m的足夠長的木板,木板的上表面與C點等高.質量為m的小物塊從空中某處A以大小 的速度水平拋出,恰好從B 點沿切線方向進入軌道並滑上木板.不計空氣阻力,重力加速度大小為g.求:
(1)A、B兩點在水平方向的距離x;
(2)物塊經過圓弧軌道上C點時,所受C點的支持力大小F;
(3)在物塊從剛滑上木板到相對木板靜止的過程中,物塊與木板之間因摩擦而產生的熱量Q.
【回答】
(1) (2)(3)
【詳解】
(1)物塊經過軌道上B點時的豎直分速度大小為:
由vy=gt得:
AB兩點在水平方向的距離為:x=vyt
聯立計算得出:
(2)物塊經過軌道上B點時的速度大小為:;
由B到C機械能守恆,有:
得:
在C點,由牛頓第二定律有:
得:F=8mg
(3)設物塊與木板相對靜止時的速度為v,取向右方向為正方向,由動量守恆定律有:
mvC=(m+2m)v
根據能量守恆定律有:
由以上兩式得:
【點睛】
(1)根據平拋運動的規律得出物體在B點時的豎直分速度,求出平拋運動的時間,從而求得AB兩點在水平方向的距離x;
(2)由平拋運動的規律求出物體在B點時的速度,對B到C段運用機械能守恆定律求出物塊經過C點的速度,根據牛頓第二定律求軌道對物塊的支持力;
(3)在物塊剛滑上木板到相對木板靜止的過程中,由動量守恆和能量守恆定律列方程聯立求解因摩擦而產生的熱量Q.
知識點:生活中的圓周運動
題型:解答題