试题与答案

如图所示,小滑块质量为m,与水平地面间的动摩擦因数为μ=0.1,它以v0=3gR

题型:问答题

题目:

如图所示,小滑块质量为m,与水平地面间的动摩擦因数为μ=0.1,它以v 0=3

gR
的初速度由A点开始向B点滑行,并滑上光滑的半径为R的
1
4
圆弧BC,AB=5R,在C点正上方有一离C点高度也为R的旋转平台,沿平台直径方向开有两个离轴心距离相等的小孔P、Q,旋转时两孔均能达到C点的正上方.若小滑块滑过C点后通过P孔,又恰能从Q孔落下,求:

(1)滑块通过P孔的速度是多少?

(2)平台转动的角速度ω应满足什么条件?

(3)若BC段有摩擦,但滑块仍能从P孔穿出,为保证滑块从Q孔落下,应如何调整转速?请说明理由.

答案:

(1)设滑块至P点时速度为vB,对滑块由A点到P点,应用动能定理有

-μmg•5R-2mgR=

1
2
m
v2P
-
1
2
m
v20

v0=3

gR
,μ=0.1解得,vP=2
gR

(2)滑块穿过P孔后再回到平台的时间为

   t=

2vP
g
=4
R
g

要使小滑块滑过C点后通过P孔,又恰能从Q孔落下,需满足

ωt=(2n+1)π

解得ω=

π(2π+1)
4
g
R
  (n=0,1,2…)                                  

(3)由于BC段有摩擦,所以经过P点速度变小,空中运动时间变短,为了仍从Q点落下,由于ω多解,可将转速加大或缩小.                                      

若vP满足一定条件,由于转速具有多解,可能转速不变,滑块仍能从Q点落下.

答:(1)滑块通过P孔的速度是2

gR

(2)平台转动的角速度ω应满足ω=

π(2π+1)
4
g
R
(n=0,1,2…);

(3)若BC段有摩擦,但滑块仍能从P孔穿出,为保证滑块从Q孔落下,可将转速加大或缩小.若vP满足一定条件,由于转速具有多解,可能转速不变,滑块仍能从Q点落下.

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