Question

【題目】如圖所示，PA是半徑為R的四分之一光滑圓弧軌道，AB為一段粗糙的水平軌道，二者相切于A點，AB離水平地面高h=0.45m，BC是傾角為θ=37°的斜面，三段軌道處于同一豎直面內(nèi)．現(xiàn)將質(zhì)量m=1.0kg的小滑塊從P點由靜止釋放．已知圓弧軌道的半徑R=0.9m，滑塊與AB軌道之間的動摩擦因數(shù)μ=0.2，取g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8．

(1)求滑塊剛到達(dá)A點時對A點的壓力；

(2)若要使滑塊不能落到BC斜面上，AB段的長度應(yīng)滿足什么條件．

Answer 1

【答案】(1)壓力為30N，方向垂直AB向下 (2)L＞4.5m或L＜3.5m

【解析】

（1）設(shè)滑塊到A點的速度為vA，剛到達(dá)A點時受到的支持力為F，根據(jù)機(jī)械能守恒有：
mvA2＝mgR，
根據(jù)牛頓第二定律有：Fmg＝m，
代入數(shù)據(jù)解得F=30N．
由牛頓第三定律得，滑塊對A點的壓力為30N，方向垂直AB向下．
（2）設(shè)AB的長度為L1，滑塊剛好能運(yùn)動到B點，由動能定理得，
mgR=μmgL1，
代入數(shù)據(jù)解得L1=4.5m．
設(shè)AB的長度為L2時，滑塊離開B點后做平拋運(yùn)動剛好落到C點，設(shè)離開B點的速度為vB，
根據(jù)平拋運(yùn)動的知識，有：h=gt2，hcotθ=vBt，
代入數(shù)據(jù)解得vB=2m/s．
根據(jù)動能定理得，mgR-μmgL2=mvB2
解得L2=3.5m．
故AB的長度L應(yīng)該滿足L＞4.5m或L＜3.5m．