如图所示,在竖直平面内,粗糙的斜面轨道AB的下端与光滑的圆弧轨

如图所示,在竖直平面内,粗糙的斜面轨道AB的下端与光滑的圆弧轨道BCD相切于BC是最低点,圆心角∠BOC=37°,D与圆心O等高,圆弧轨道半径R=1.0m,现有一个质量为m=0.2kg可视为质点的小物体,从D点的正上方E点处自由下落,DE距离h=1.6m,物体与斜面AB之间的动摩擦因数μ=0.5。取sin37o=0.6,cos37o=0.8, g=10m/s2。求:

⑴物体第一次通过C点时轨道对物体的支持力FN的大小;

⑵要使物体不从斜面顶端飞出,斜面的长度LAB至少要多长;

⑶若斜面已经满足(2)要求,物体从E点开始下落,直至最后在光滑圆弧轨道做周期性运动,在此过程中系统因摩擦所产生的热量Q的大小。

 

答案

⑴物体从EC,由能量守恒得:     ①  ----(2分)

C点,由牛顿第二定律得:  ②   ----(2分)

联立①、②解得 FN=12.4(N)                 -------------------------(1分)

 

 

 

⑵从EDCBA过程,由动能定理得

                          ③  -------------------------(1分)

    ④   -------------------------(1分)

                  ⑤  -------------------------(1分)

联立③、④、⑤解得LAB=2.4(m)         ------------------------(1分)

⑶因为,mgsin37 oμmgcos37 o   (或μ<tan37o

所以,物体不会停在斜面上。物体最后以C为中心,B为一侧最高点沿圆弧轨道做往返运动。 --------------(2分)

   从E点开始直至稳定,系统因摩擦所产生的热量

Q=△EP       ⑥      ---------(1分) 

EP=mgh+Rcos37 o   ⑦-------(1分)

联立⑥、⑦解得Q=4.8(J) -------------------------(1分)

解析:略

 

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