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如图所示,四分之三周长圆管的半径R=0.4m,管口B和圆心O在同一水平面上,D是圆管的最高点,其中半圆周BE段存在摩擦,BC和CD段动摩擦因数相同,ED段光滑;质量m=0.5kg、直径稍小于圆管内径的小球从距B正上方高H=2.5m的A处自由下落,到达圆管最低点C时的速率为6m/s,并继续运动直到圆管的最高点D飞出,恰能再次进入圆管,假定小球再次进入圆管时不计碰撞能量损失,取重力加速度g=10m/s2,求

(1)小球飞离D点时的速度;

(2)小球从B点到D点过程中克服摩擦所做的功

(3)小球再次进入圆管后,能否越过C点?请分析说明理由。

答案

(1)  (2)  (3) ,故小球能过C点


解析:

(1)小球飞离D点做平抛运动,

       有     (1)

           (2)

       由(1)(2)得    (3)

   (2)设小球从B到D的过程中克服摩擦力做功

       在A到D过程中根据动能定理,有

          (4)

       代入计算得,     (5)

   (3)设小球从C到D的过程中克服摩擦力做功

       根据动能定理,有

           (6)

       代入计算得,     (7)

       小球从A到C的过程中,克服摩擦力做功

       根据动能定理,有

           (6)

            (7)

       小球再次从D到C的过程中,克服摩擦力做功

       根据动能定理,有

          (8)

                (9)

       小于过BE段时摩擦力大小随速度减小而减小,摩擦力做功也随速度减小而减小。第二次通过BC段与CE段有相等的路程,速度减小(10)

       所以     (11)

       由此得,故小球能过C点。     (12)

       说明:(1)(2)(3)(5)每式2分,(4)3分,其余各1分,共18分。

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