Question

如圖所示，位于豎直平面內(nèi)的光滑軌道，由一段斜的直軌道和與之相切的圓形軌道連接而成，圓形軌道的半徑為R．一質(zhì)量為m的小物塊從斜軌道上某處由靜止開(kāi)始下滑，然后沿圓形軌道運(yùn)動(dòng)．要求物塊能通過(guò)圓形軌道最高點(diǎn)，且在該最高點(diǎn)與軌道間的壓力不能超過(guò)５mg(g為重力加速度)，求物塊初始位置相對(duì)于圓形軌道底部的高度h的取值范圍．

Answer 1

解析:

物塊恰好能做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，在圓周的最高點(diǎn)處只受重力，由向心力公式得

      mg=m -------------------------------2分

    滑塊在高處滑下，選取滑塊由靜止下滑到圓周最高點(diǎn)為研究過(guò)程，由動(dòng)能定理得

    mg(－2R)=m  -------------------------------2分

由以上兩式解得 =R  --------------------1 分

滑塊在圓周最高點(diǎn)對(duì)軌道的最大壓力為5mg時(shí)，物塊的最大向心力為6mg，

    由向心力公式得 6mg=m -------------------------------2分

    滑塊從高處滑下，選取滑塊由靜止下滑到圓周最高點(diǎn)為研究過(guò)程，由動(dòng)能定理得

    mg(－2R)=  -------------------------------2分

　　由以上兩公式解得＝5R-------------------------------1分

    所以物塊初始位置相對(duì)于圓形軌道底部的高度h的取值范圍為

R≤h≤5R-------------------------------2分