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一半球形容器内壁光滑,半径为R,小球在容器内以ω的角速度在水平面内做匀速圆周运动,如图所示.则小球的轨道平面距离容器底的高度h为___________.不断增大ω,小球能爬到容器最高点吗?__________.

答案

h=R-  不能


解析:

小球的受力如图所示,受到重力和支持力FN的作用,FN的水平分力提供小球做匀速圆周运动所需的向心力,竖直分力以平衡重力,FNcosθ=mrω2,FNsinθ=mg.

r为小球的轨道半径,由图可知r=(R-h)cotθ,代入方程,得ω2=.所以h=.当ω增大时,h增加,但不会等于R,因为mg需被FN的竖直分力平衡,如h=R,则θ=0°,重力无法被平衡,小球将又滑到偏低水平面运动.

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