| 运动的合成与分解 题目答案及解析

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必修2

第五章 曲线运动

5.1 曲线运动

运动的合成与分解

如图所示,一可以看成质点的质量$m=2\;\rm kg$的小球以初速度$v_{0}$沿光滑的水平桌面飞出后,恰好从$A$点沿切线方向进入圆弧轨道,其中$B$为轨道的最低点,$C$为最高点且与水平桌面等高,圆弧$AB$对应的圆心角$\theta=37^\circ $,轨道半径$R=0.5\;\rm m$。已知$\sin37^\circ =0.6$$\cos37^\circ =0.8$,不计空气阻力,$g$$10\;\rm m/s^{2}$

求小球的初速度$v_{0}$的大小;

[["

$4\\sqrt{2}\\;\\rm \\text{m/s}$

"]]

由几何关系可知小球到达$A$点时速度沿轨道的切线方向,与水平方向的夹角为$\alpha=\theta=37^\circ $,小球到达$A$点时竖直分速度设为$v_{y}$,则有$v_{y}^{2}=2gR(1+\cos\alpha)$

$\tan\alpha=\dfrac{v_{y}}{v_{0}}$

解得$v_{0}=4\sqrt{2}\;\rm \text{m/s}$

若小球恰好能通过最高点$C$,求在圆弧轨道上摩擦力对小球做的功。

[["

$-27\\;\\rm J$

"]]

小球恰好能通过最高点$C$,在$C$点,由重力提供向心力,由牛顿第二定律得$mg=m\dfrac{{v_{C}}^{2}}{R}$

对小球从平台到$C$点的过程,运用动能定理得$W_{{f}}=\dfrac{1}{2}mv_{C}^{2}-\dfrac{1}{2}m{v_{0}}^{2}$

解得$W_{f}=-27\;\rm J$

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