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高中 | 牛顿第二定律的两类基本问题题目答案及解析如下,仅供参考!
必修1
第四章 牛顿运动定律
4.6 用牛顿运动定律解决问题(一)
牛顿第二定律的两类基本问题
某同学参照过山车情景设计了如图所示的模型:光滑的竖直圆轨道半径$R=2\;\rm m$,入口的平直轨道$AC$和出口的平直轨道$CD$均是粗糙的,质量为$m=2\;\rm kg$的小滑块(可视为质点)与水平轨道之间的动摩擦因数均为$\mu =0.5$,滑块从$A$点由静止开始受到水平拉力$F=60\;\rm N$的作用,在$B$点撤去拉力,$AB$的长度为$L=5\;\rm m$,不计空气阻力,若滑块恰好通过圆轨道的最高点,$g=10\;\rm m/s^{2}$。求:
当滑块再回到圆轨道最低点时圆轨道对它的弹力大小;
$120\\;\\rm N$;
"]]滑块恰好通过最高点,滑块只受到重力,此时重力提供向心力,根据牛顿第二定律可得$mg=m\dfrac{v^{2}}{R}$
滑块从$C$点到最高点过程由动能定理可得$- mg \times 2R=\dfrac{1}{2}mv^{2}-\dfrac{1}{2}mv_{C}^{2}$
在$C$点,对滑块由牛顿第二定律可知$F_{{N}}-mg=m\dfrac{v_{C}^{2}}{R}$
解得$v_{C}=10\;\rm m/s$
$F_{N}=120\;\rm N$;
滑块沿着出口的平直轨道$CD$能滑行的最大距离;
$10\\;\\rm m$;
"]]平直轨道$CD$上滑行时,由动能定理可得$\dfrac{1}{2}mv_{C}^{2}=\mu mgx$
解得滑行距离$x=10\;\rm m$;
平直轨道$BC$段的长度。
$15\\;\\rm m$。
"]]对$AC$过程由动能定理可得$FL-\mu mg\left( x_{BC}+L \right)=\dfrac{1}{2}mv_{C}^{2}$
解得$BC$长度$x_{BC}=15\;\rm m$。
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