Question

【題目】如圖所示，粗糙弧形軌道和兩個(gè)光滑半圓軌道組成翹尾巴的S形軌道。光滑半圓軌道半徑為R，兩個(gè)光滑半圓軌道連接處C、D之間留有很小的空隙，剛好能夠使小球通過，C、D之間距離可忽略。粗糙弧形軌道最高點(diǎn)A與水平面上B點(diǎn)之間的高度為h。從A點(diǎn)靜止釋放一個(gè)可視為質(zhì)點(diǎn)的小球，小球沿翹尾巴的S形軌道運(yùn)動(dòng)后從E點(diǎn)水平飛出，落到水平地面上，落點(diǎn)到與E點(diǎn)在同一豎直線上B點(diǎn)的距離為s。已知小球質(zhì)量為m，不計(jì)空氣阻力，求:

（1）小球從E點(diǎn)水平飛出時(shí)的速度大小;

（2）小球運(yùn)動(dòng)到半圓軌道的B點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力;

（3）小球沿翹尾巴S形軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)克服摩擦力做的功。

Answer 1

【答案】（1）（2）（3）mg（h4R）

【解析】試題分析：（1）小球從E點(diǎn)水平飛出做平拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)小球從E點(diǎn)水平飛出時(shí)的速度大小為vE，由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律得：s=vEt

4R＝gt2

聯(lián)立解得：

（2）小球從B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到E點(diǎn)的過程，機(jī)械能守恒，根據(jù)機(jī)械能守恒定律得： mvB2＝mg4R+m vE2

解得：

在B點(diǎn)，根據(jù)牛頓第二定律得：

得：

由牛頓第三定律可知小球運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力為，方向豎直向下

（3）設(shè)小球沿翹尾巴的S形軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)克服摩擦力做的功為W，則

mg（h4R）W＝m vE2

得W＝mg（h4R）