如图所示,水平桌面上有一轻弹簧,左端固定在A点,自然状态时其右端位于B点.水平桌面右侧由一竖直放置的

2025-05-05 14:03:34
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回答1:

(1)物块离开桌面后做平抛运动,
竖直方向:vy=2gh,代入数据解得:vy=4

3
m/s,
设物块进入圆弧轨道时的速度方向与水平方向夹角为θ,
由几何知识可得:θ=60°,tanθ=
vy
vD
,代入数据解得:vD=4m/s;
(2)物块由P到N过程,由机械能守恒定律得:
1
2
m(vD2+vy2)+mgR(1-cos60°)=
1
2
mvN2
在N点,由牛顿第二定律得:FN-mg=m
v
R

代入数据解得:FN=33.6N,
由牛顿第三定律可知,物块对轨道的压力:FN′=FN=33.6N,方向竖直向下;
(3)物块恰好到达M点,在M点重力提供向心力,
由牛顿第二定律得:mg=m
v
R

在整个过程中,由能量守恒定律得:
EP=Wf+
1
2
mvM2-mg[h+R(1-cos60°)-2R],
代入数据解得:EP=6.4J;
答:(1)小物块飞离D点时速度vD大小为4m/s;
(2)小物块经过轨道最低点N时对轨道的压力大小为33.6N,方向竖直向下;
(3)始被压缩的弹簧的弹性势能EP至少为6.4焦耳.