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| 动能定理解决多过程问题题目答案及解析如下,仅供参考!
必修2
第七章 机械能守恒定律
7.7 动能和动能定理
动能定理解决多过程问题
如图所示,竖直轨道$CDEF$由圆弧$CD$、直线$DE$和半圆$EF$组成,圆弧和半圆半径均为$R$,水平轨道$DE=2R$,各轨道之间平滑连接,轨道$CDEF$可上下左右调节。一质量为$m$的小球压缩弹簧到某一位置后撤去外力静止释放后沿水平轨道$AB$向右抛出。调整轨道使$BC$高度差$h=0.9R$,并使小球从$C$点沿切线进入圆弧轨道。$DE$段的摩擦系数$\mu =0.1$,除$DE$段有摩擦外,其他阻力不计,$\theta =37{}^\circ $,重力加速度为$g$,求:
撤去外力瞬间,弹簧的弹性势能$E_{\rm p}$;
撤去外力瞬间,弹簧的弹性势能$E_{\\rm p}$为$1.6mgR$;
"]]小球从$B$到$C$做平抛运动,在竖直方向上,根据$v_{y}^{2}=2gh$可得小球到达$C$点时竖直速度大小为${{v}_{y}}=\sqrt{2gh}=\sqrt{1.8gR}$
水平速度为${{v}_{x}}=\dfrac{{{v}_{y}}}{\tan 37{}^\circ }=\dfrac{4\sqrt{1.8gR}}{3}$
弹簧的弹性势能为$E_{\rm p}=\dfrac{1}{2}mv_{x}^{2}=1.6mgR$;
请判断小球能否到达圆轨道的最高点;如能,求出最终落点的位置;如不能,请找出到达圆轨道的最高点的位置。
能,最终小球刚好落在$D$点。
"]]小球到达$C$点时的动能为$E_{\rm k}=E_{\rm p}+mgh=1.6mgR+0.9mgR=2.5mgR$
假设小球能够到达圆轨道的最高点$F$,从$C$到$F$,由动能定理得$mg(R-R\cos \theta )-\mu mg\cdot 2R-mg\cdot 2R=\dfrac{1}{2}mv_{F}^{2}-E_{\rm k}$
解得:${{v}_{F}}=\sqrt{gR}$
此时向心力大小$\dfrac{mv_{F}^{2}}{R}=mg$
因此假设成立,能够恰好到达$F$点,从$F$到$D$做平抛运动,假设会落在水平面,有$x={{v}_{F}}t$
$2R=\dfrac{1}{2}g{{t}^{2}}$
联立解得:$x=2R$
即小球刚好落在$D$点。
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