如图所示,在距水平地面高h1=1.2m的光滑水平台面上,一个质量m=1kg的小物块压缩弹簧后被锁扣K锁住,储存的弹性势能Ep=2J。现打开锁扣K,物块与弹簧分离后将以一定的水平速度

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 自由落体运动/2022-09-04 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示,在距水平地面高h1=1.2m的光滑水平台面上,一个质量m=1kg的小物块压缩弹簧后被锁扣K锁住,储存的弹性势能Ep=2J。现打开锁扣K,物块与弹簧分离后将以一定的水平速度向右滑离平台,并恰好从B点沿切线方向进入光滑竖直的圆弧轨道BC。已知B点距水平地面的高h2=0.6m,圆弧轨道BC的圆心O,C点的切线水平,并与水平地面上长为L=2.8m的粗糙直轨道CD平滑连接,小物块沿轨道BCD运动并与右边的竖直墙壁会发生碰撞,重力加速度g=10m/s2,空气阻力忽略不计。试求:

(1)小物块运动到B的瞬时速度vB大小及与水平方向夹角
(2)小物块在圆弧轨道BC上滑到C时对轨道压力Nc大小
(3)若小物块与墙壁碰撞后速度反向、大小变为碰前的一半,且只会发生一次碰撞,那么小物块与轨道CD之间的动摩擦因数μ应该满足怎样的条件.

◎ 答案

(1)4m/s,60°(2)33.3N(3)

◎ 解析


试题分析:⑴解法一:
小物块由A运动到B的过程中做平抛运动,机械能守恒
    (1分)
            (2分)
根据平抛运动规律有:     (2分)
解法二:
小物块由A运动到B的过程中做平抛运动,机械能守恒
                        (1分)
小物块由A运动到B的过程中做平抛运动,在竖直方向上根据自由落体运动规律可知,
小物块由A运动到B的时间为:
t=s≈0.346s                    (1分)
根据平抛运动规律有:
tan, 解得:=60°         (1分)
                        (2分)
⑵根据图中几何关系可知,
h2=R(1-cos∠BOC),解得:R=1.2m           (1分)
根据能的转化与守恒可知, 
                (2分)
对小球在圆弧轨道C点应用牛顿运动定律
           (2分)
⑶依据题意知,
①μ的最大值对应的是物块撞墙前瞬间的速度趋于零,根据能量关系有:
mgh1+Ep>μmgL  代入数据解得:μ<(2分)
②对于μ的最小值求解,首先应判断物块第一次碰墙后反弹,能否沿圆轨道滑离B点,设物块碰前在D处的速度为v2,由能量关系有:mgh1+Ep=μmgL+ mv22
第一次碰墙后返回至C处的动能为:EkC mv22-μmgL 可知即使μ=0,有:
 mv22=14J    mv22=3.5J<mgh2=6J,小物块不可能返滑至B点     (2分)
故μ的最小值对应着物块撞后回到圆轨道最高某处,又下滑经C恰好至D点停止,因此有:
 mv22≤2μmgL, 联立解得:μ≥(1分)
综上可知满足题目条件的动摩擦因数μ值:≤μ<(1分)

◎ 知识点

    专家分析,试题“如图所示,在距水平地面高h1=1.2m的光滑水平台面上,一个质量m=1kg的小物块压缩弹簧后被锁扣K锁住,储存的弹性势能Ep=2J。现打开锁扣K,物块与弹簧分离后将以一定的水平速度…”主要考查了你对  【自由落体运动】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。

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