(2007•连云港三模)如图所示,在同一竖直平面内的两正对着的相同半圆光滑轨道,相隔一定的距离,虚线沿竖直方向,一小球能

(2007•连云港三模)如图所示,在同一竖直平面内的两正对着的相同半圆光滑轨道,相隔一定的距离,虚线沿竖直方向,一小球能在其间运动,今在最高点与最低点各放一个压力传感器,测试小球对轨道的压力,并通过计算机显示出来,当轨道距离变化时,测得两点压力差与距离x的图象如图,g取10m/s2,不计空气阻力,求:
(1)小球的质量为多少?
(2)若小球的最低点B的速度为20m/s,为使小球能沿轨道运动,x的最大值为多少?
三年天下 1年前 已收到1个回答 举报

血狼儿 幼苗

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解题思路:(1)由机械能守恒及分别对A点和B点由向心力公式可求得压力差与距离x的关系式,则可由图象的截距求得物体的质量;
(2)由图象的斜率可求得光滑圆轨道的半径,由机械能守恒定律及竖直面内的圆周运动临界值可求得x的最大值.

(1)设轨道半径为R,由机械能守恒定律:

1
2mvB2=mg(2R+x)+
1
2mvA2 ①
对B点有:FN1−mg=m
vB2
R ②
对A点有:FN2+mg=m
vA2
R ③
由①②③式得:两点的压力差:△FN=FN1-FN2=6mg+[2mgx/R] ④
由图象得:截距6mg=6,得m=0.1kg
物体的质量为0.1kg;
(2)由④式可知:因为图线的斜率k=[2mg/R=1
所以R=2m ⑤
在A点不脱离的条件为:vA
gR] ⑥
由①⑤⑥三式和题中所给已知条件解得:x=15m
x的最大值为15m.
答:(1)小球的质量m是0.1kg;
(2)若小球在最低点B的速度为20m/s,为使小球能沿轨道运动,x最大值为15m.

点评:
本题考点: 机械能守恒定律;牛顿第二定律;向心力.

考点点评: 本题考查机械能守恒的应用及竖直面内的圆周运动的临界值的应用,此类题型为常见题型,应熟练掌握.

1年前

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