(2015?资阳模拟)如图所示,为放置在竖直平面内游戏滑轨的模拟装置,滑轨由四部分粗细均匀的金属轨道组

2025-05-24 05:55:10
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回答1:

(1)由题意知,小球要沿轨道完成一周运动并回到B点,则由动能定理:
恰能通过轨道最高点则:μmgcosθ?L=

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2
m
v
+mgr(1+cosθ)?mg?2R…①
能回到B点:μmgcosθ?L+μmgL≤
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2
m
v
?0
…②
联解①②并取合理值得:
v0=8m/s…③
(2)设小球第一次回到B点后沿BA上升的位移为x,则:?μmgcosθ(L+x)?μmgL?mgsinθ?x=0?
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m
v
…④
解④得:x=
57
56
m<L,则小球将沿AB返回.…⑤
设小球第二次通过C点时速度为vC,轨道对小球支持力为FC′,则由动能定理和牛顿运动定律有:mg(r+rcosθ+xsinθ)?μmgcosθ?x=
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2
m
v
…⑥
FC?mg=m
v
r
…⑦
FCFC…⑧
联解⑤⑥⑦⑧得:FC≈51.43N…⑨
(3)设小球第二次通过C点后沿轨道CD运动到达D点时的速度为vD′,有:?μmgL=
1
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mv
?
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2
m
v
…⑩
解⑤⑥⑩得:vD≈4.05m/s<
2gr(1+cosθ)
=6m/s
…?
所以小球将在轨道的P、Q间做往复运动且最终停在轨道CD上的某个位置,由动能定理得:?μmg?s=0?
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m
v
…?
解⑤⑥?得:s≈4.97m.…?
答:(1)小球的初速度为8m/s;
(2)小球第二次通过C点时对轨道的压力为51.43N;
(3)小球第二次通过C点后在CD段上运动的总路程为4.97m.