在同一竖直平面内两正对着的相同半圆光滑轨道,相隔一定的距离,虚线沿竖直方向,一小球能在其间运动,今在最高点与最低点各放一个压力传感器,测试小球对轨道的压力,并通过计算机显示出来,当轨道距离变化时,测得两点压力差与距离x的图像如图,g以10m/s2,不计空气阻力,求:(1)小球的质量为多少?(2)若小球在最低点B的速度为20m/s,为使 小球能沿轨道运动,x的最大值为多少?

问题描述:

在同一竖直平面内两正对着的相同半圆光滑轨道,相隔一定的距离,虚线沿竖直方向,一小球能在其间运动,今在最高点与最低点各放一个压力传感器,测试小球对轨道的压力,并通过计算机显示出来,当轨道距离变化时,测得两点压力差与距离x的图像如图,g以10m/s2,不计空气阻力,求:
(1)小球的质量为多少?
(2)若小球在最低点B的速度为20m/s,为使 小球能沿轨道运动,x的最大值为多少?

最高点‘‘[0.6] [9,15] R=3m, M=0.15kg ’’ 第二个,,最高点速度为GR,之后慢慢求

在这里有,24题。

1)设轨道半径为R,由机械能守恒定律:
在B点:
在A点:
两点的压力差:△
由图象得:截距,得
(2)因为图线的斜率,所以
球在A点不脱离的条件为:
联立解得:

1,
设轨道半径为r,小球质量为m,在最高点和最低点的速度分别为vA和vB
小球在最高点的重力势能与在最低点相差△Ep=mg(2r+x)
由于能量守恒,小球在最低点的动能与最到点之差为
EB-EA=△Ep=mg(2r+x)=0.5m(vB^2-vA^2) ,则
vB^2-vA^2=2g(2r+x) (1)
小球在最低点对轨道的压力为重力和离心力之和,NB=mvB^2/r+mg
在最高点位离心力与重力之差,NA=mvA^2/r-mg
则压力之差
△F=NB-NA=2mg+(vB^2-vA^2)m/r
带入(1)式
△F=2mg+2mg(2+x/r)=6mg+2mgx/r
△F=6mg+2mgx/r 就是图中直线的函数
则当x=0时,△F=6mg,对应图1中直线与纵轴的交点,由于此时△F=6N=6mg,
所以m=0.1kg
2,为使小球能在轨道上运动,在小球达到最顶端的时候,小球的离心力必须大于等于重力,否则会掉落,所以小球在顶端离心力最小为mvA^2/r=mg
则,动能最小为
EA=0.5mvA^2=0.5mgr=1J
小球在最低点的动能为EB=0.5mvB^2=20J
则允许转换为重力势能最多为19J=mgh=mg(2r+x)
求出 x=15m

最高点,最低点对小球作受力分析,分别列出所受合力同向心力关系方程,联立起来,再代入两特殊点坐标(0,6)(9,15)就可以解得R=3m,M=0.15kg
第二个问题,最高点速度为√gr ,在最低点到最高点的过程中直接根据动能定理可以求出来~