如图所示,一质量为0.2kg的小球自平台上水平抛出,恰好落在临近平台的一倾角为α=53°的光滑斜面顶端,并刚好沿光滑斜面下滑,已知斜面顶端与平台的高度差h=0.8m,重力加速度g=10m/s2,sin?53°=0.8,cos?53°=0.6,求:
(1)小球水平抛出的初速度v0是多少?
(2)斜面顶端与平台边缘的水平距离x是多少?
(3)若斜面顶端高H=10m,小球到达斜面底端后滑上一半径为5m的半圆弧竖直轨道,斜面底端与圆轨道连接处光滑相切,小球速度大小不变,则小球刚滑上圆轨道时对轨道底端的压力多大?
网友回答
解:(1)由题意可知:小球落到斜面上并沿斜面下滑,说明此时小球速度方向与斜面平行,否则小球会弹起,
所以vy=v0tan 53°,=2gh,
解得 vy=4 m/s,v0=3 m/s.
(2)由vy=gt1
解得t1=0.4s,
所以水平距离 s=v0t1=3×0.4 m=1.2 m.
(3)小球沿斜面做匀加速直线运动的加速度a=gsin 53°=8m/s2,初速度v=5 m/s.
滑到底端的速度
解得:vt=15m/s
小球在圆轨道底端时:F-mg=m
解得:F=11N
根据牛顿第三定律得:小球对轨道的压力为11N
答:(1)小球水平抛出的初速度v0是3 m/s;
(2)斜面顶端与平台边缘的水平距离x是1.2m;
(3)小球刚滑上圆轨道时对轨道底端的压力是11N.
解析分析:(1)小球水平抛出后刚好能沿光滑斜面下滑,说明此时小球的速度的方向恰好沿着斜面的方向,由此可以求得初速度的大小;
(2)小球在接触斜面之前做的是平抛运动,根据平抛运动的规律可以求得接触斜面之前的水平方向的位移,即为斜面顶端与平台边缘的水平距离;
(3)先求出小球运动到斜面底端的速度,再根据圆周运动向心力公式即可求解.
点评:小球在接触斜面之前做的是平抛运动,在斜面上时小球做匀加速直线运动,根据两个不同的运动的过程,分段求解即可.